小五郎因為中了彩票帶著小蘭和柯南一起享受可以在南紀白濱住上一晚的旅行，并在那里結識了寫生旅行的醫科大學學生新莊真紀，由良達彥，宮原加奈子，藤浩太，三井元，五人之間似乎有著復雜的關系。第二天毛利他們偶然遇見了藤浩。正巧慌張的三井給藤浩的手機打來了電話說三段壁的樹林里發現真紀胸口中刀被殺。而柯南發現散落在現場鑰匙的疑點。

大家小心翼翼的吃完晚餐后，這具代替主人的假人偶再次開口并講述了四十年前在這棟別墅中所發生的慘案，而他的目的則是讓悲劇重演，這時，大上祝善當著大家的面中毒死亡，而和小五郎、茂木一起開車去察看吊橋狀況的千間也因車子爆炸而生死未卜，返回別墅之后，柯南、小五郎和茂木在鋼琴房中發現了很多線索，然而卻突然響起了槍聲，三人趕到時，白馬探已經死亡，隨后，槍田郁美的尸體也在電腦房被發現。

沒想到灰原調配的解毒劑能夠長久的維持這具變大的身體，而與新一能同時出現在小蘭面前的柯南其實也灰原偽裝的，這樣就完全解除了小蘭的懷疑，之后，新一將小蘭約到米花中央大樓的瞭望餐廳吃飯，并想乘此機會表明心跡，然而卻在這時發生了命案，新一暫時拋下小蘭去解決案件，并且成功推斷出了兇手就是大場先生。

雖然可以確定兇手就是大場先生，但是還有兩個疑點未能破解，就在新一深入調查的時候，他的身體突然一陣疼痛，藥物正在漸漸失效，他強忍住即將變小的身體所帶來的痛苦，堅持將案件的真相公諸于眾，案件完美解決之后，新一又變回了柯南，再次的突然離開，他將如何向小蘭解釋？

雖然對現場進行了調查，但警方無論如何都找不到決定性的證據，束手無策之時，小五郎提出了他的自殺論，并且得到了目暮警官的認同，就在警方準備以自殺結案時，話劇中的黑衣騎士突然出現，在否定了自殺論之后，他摘掉面具，而面具下面正是那張讓小蘭朝思暮想的面容，沒錯，真正的工藤新一登場，在進行了一番精彩絕倫的推理后，他卻再次昏倒……