小五郎受推理迷林雅人之邀去米花町水族館觀看表演，沒想到在表演現場卻發生了命案，死者是女演員大沢美智子，警方在調查中發現大沢的膝蓋處有貼布，詢問了同事后得知，她的腿偶爾會疼痛，并且在檢查了控制室和蚌殼裝置沒發現異樣后，推斷出大沢死于意外，然而，跟著警方一起調查的柯南還是發現了蛛絲馬跡，認為這是一件有預謀的殺人案件。

雖然少年偵探團被發現且命懸一線，不過幸好柯南及時趕到，大家得以解救，至于這個黑衣女人根本不是組織里的人。回家的路上，灰原識破柯南的身份并說自己是黑衣組織的人，而阿笠博士現在已經……，聽到這些，柯南匆忙趕去博士家卻發現博士安然無恙，而這時灰原也回到家，原來她因為姐姐的事情已經背叛了組織并且服用了和柯南一樣的藥讓身體變小，走投無路之下來到工藤家，被博士發現而收留。

尸體被燒焦，根本無法辨識他的身份，只能從穿著姑且判斷是蟹江，柯南發現這具尸體整過容，并推斷出龜田和鯨井也是葉才三搶劫殺人案的同伙，當大伙趕到龜田的房間時，卻發現他也消失不見了，柯南和服部推理出現分歧兩人決定各自行動，可在調查期間服部遭遇危險，沒過一會兒，甲板上再次響起槍聲，心虛的鯨井決定交代一切，這時，鯨井突然被不明人士射傷，鮫崎趕到甲板時卻看到……

原來這個叫葉才三的人，就是二十年前「四億元強盜殺人案」的主謀，鮫崎和小武郎急忙趕到葉才三所在的101號房卻發現屋內空無一人，反而吵醒了睡在隔壁的服部，之后，大家找遍交響樂號也沒有發現葉才三的身影，如果挨過今晚，法律將不再追訴他們二十年前所犯下的罪行，葉才三和他的同伙也將恢復自由之身。十二點之后，甲板上傳出槍聲旗子也被人點燃，柯南發現了一張寫有奇怪語句的紙鈔，這時，船尾發生爆炸，而在這熊熊大火之中，隱約可見一具尸體。

雖然現在清楚了兇手的犯案手法，但還是不能將犯人鎖定在一個人身上，這四名一同前來的朋友都有犯案的嫌疑，柯南在廁所外面和內部都發現了地上帶有血跡的線條，并且他還從四人的交談中得知半年前因散彈槍走火而死亡的成田，經過推斷，他已經知道了真相，就在這時，小五郎卻叫來所有人，說他已經知道了誰是真兇！