被初音小姐雇傭的偵探安室透在調查伴場先生時發現了一件事，初音小姐和伴場先生都是從同一間飯店獲救的嬰兒，兩人都是在身份不明的情況下在同一所教會中撫養長大，聽到這些之后的初音非常在意。所有的證據都指向了伴場先生，在車底找到初音小姐掉落指甲的柯南似乎看出了事情的真相，這背后或許有著令人悲傷的事實。

在警方介入調查奈奈美母親的墜亡事件時，少年偵探團的孩子們卻不見了蹤影，而現代當家的助手長瀨先生也不見了。柯南等人在神秘的暗黑之塔中遇到了各式各樣的機關，在塔內他們還遭到了神秘人物的追趕，當柯南反應過來時身邊的伙伴們都消失不見，獨自尋找同伴的他想起了奈奈美的哥哥所說的話語，暗黑之塔寶藏的秘密即將揭曉。

警方、柯南以及公車上遇到過的偵探世良真純一起進入別館進行調查，他們在二樓發現了帶有釣魚線的電動輪椅，在死者墜落的六樓發現了窗戶下方的油漆和油桶，加之別館使用的是前后各有一扇門的電梯，將這些線索全部串聯起來之后，柯南發現兇手就是那個人！世良先柯南一步破解案件并場景重新，然而結果卻并非大家所期待的那樣，人偶并沒有墜樓，到底是哪里出現了錯誤？

柯南已經從對三位女性的拜訪中知道了真正的兇手，情奈小姐敷衍并粗糙的犯案手法讓柯南非常擔心她事后會做出傻事，但柯南推理中的疏忽讓兩人陷入了危機。持槍的劫犯挾持柯南和情奈駕車逃跑，知道了情況的眾人都緊跟其后，最終世良出手救下了柯南，在營救過程中安室和昴撞了個照面，而兩人都露出了詫異的表情。

以大阪發生的事件為契機，平次等人特地來到東京搜查，事件現場是一所公寓的房間，經過柯南和平次的調查后判定這是一起自殺案件，利落解決案件的柯南等人準備乘坐電梯回去時又發生了命案。乍看之下發生在眼前的是自殺案件，但柯南和平次發現了很多疑點，根據高木警官打聽的結果，柯南等人鎖定了三名嫌疑人。