柯南，小蘭和小五郎一行三人搭乘開往北海道的特快列車北斗星三號，在通過隧道的時候珠寶商人出云被人槍殺，兇手將車窗射穿跳出車外逃跑，之后警方又在隧道之中發現了疑似歹徒的男人，這宗命案的過程簡直跟柯南的爸爸工藤優作一篇未發表的推理小說一模一樣，期間一個言行奇怪的女人引起的柯南的注意，在柯南揭穿她的謊言后，她終于暴露了身份。

新一要求在次對嫌犯的物品進行搜查，可依舊沒有發現可疑物品，之后，新一在鷺沼的座位上發現了底片的碎片，并將所有人的證詞、座位上的底片、墻壁上的血漬和被害人口袋被弄濕都串成了一線，雖然鷺沼的嫌疑最大，但新一卻說兇手不是他，因為他被真兇所利用，推理一步步接近真相，讓大家出乎意料的是兇手居然是……

服部把武田家的人和羅伯叫到發生兇案現場的二樓倉庫，柯南將小五郎麻醉，在黑暗之中道出兇手所使用的手法，當被問及兇手是如何在這個形如密室中的倉庫作案時，柯南的回答卻是兇手根本沒有出現在兇案現場，那么兇手到底如何作案？信一為何會虐待自己的女兒美紗？美紗自殺的真正原因到底什么？是怎么樣的誤會導致武田家頻頻出現慘案？

柯南等人搭乘環形電車的時候，突然從二號車廂里傳來慘叫，一名女子橫尸車廂，發現尸體的是死者的三名同事，柯南注意到死者耳朵發黑并且有被針狀物刺過的痕跡，由此推斷是被人毒死的，警察趕到后對死者的三名同事進行偵訊并檢查了他們的物品，柯南發現其中一人物品很是可疑，沒錯，兇手就是她！柯南已將謎底已經解開。

玉之助半夜悄悄出門，妹妹小惠和柯南暗中跟蹤到了劇團，兩人剛進劇團就在舞臺上發現了被人打昏了玉之助和劇團經理系江的尸體，而她的身邊有一張紙條和許多木屑。雖然玉之助昏迷但是他卻被認定為重要嫌犯，當柯南再次來舞臺調查時，他突然想到了什么便匆忙趕往醫院，并通知警方好好保護玉之助，犯人果真去了醫院，但他身手靈敏，躲過了警察的追捕，沒錯，這個人就是半年前消失的江戶小子！