發燒的小哀醒過來發現阿笠博士倒在了電腦之前，正當小哀以為教授被黑衣人殺害的時候發現只是誤會。之后柯南，小哀和阿笠博士去拜訪了哀的父親宮野博士的朋友出島。他們認為他可能多少知道一點黑暗組織的以及哀父親的行蹤，但是出島也已經30多年沒和宮野博士碰頭了。但是就是最近宮野博士女兒明美曾來拜訪過，正當柯南，小哀尋找明美留在這里的物品時出島卻意外死亡！

柯南等人在警視廳鑒證連續發火現場遺留的紅馬現場照片，發現其中1張紅馬上有“兔”字，由此推出“紅馬”是三國志中出現的赤兔馬。另一方面，古董品店長玄田隆德到訪諸角宅，由于他打算送給諸角亮子的塑像是騎乘著赤兔馬的關羽，玄田的名字引起了搜查線上的注意。在一系列的推理調查之后玄田被捕了，但柯南和平次卻發覺了這其中的異樣。最終在柯南和平次的聯手調查下犯人的真面目慢慢浮出水面。

在警方調查的過程中，他們還在下鴨的房間發現了一盤由絹川和輝主演的錄影帶，本來想看看其中有什么線索，不想小五郎和橫溝警官還很入戲的看完了，但柯南卻注意到了被他們所忽略的細節，這時，有鑒識人員說兇手在勒死下鴨之前曾用蓬蓮頭敲打他的頭部，柯南根據這些判斷出兇手是誰以及她所使用的兇器，之后，他又使用老方法將小五郎麻醉，在指示了橫溝警官做好相應準備后，一場精彩的推理就要開始了！

雖然他們四人都有不在場的證明，但警方和小五郎仍然對他們保持懷疑態度，并前去他們當時所在的唐戶市場、唐戶棧橋和海響館逐一進行確認，就在小五郎自認為推理出整個案件時，野島榮子卻跑去警局自首，她將自己殺人的過程和動機一五一十的坦白，隨后她的三位朋友趕到，為了友情他們又曾有何行動？真正殺死真尾的人真的是野島榮子嗎？

但是覆面角斗士狼人的對手永瀨豹太在休息室被發現。從犯罪時拍攝下來的錄像帶里目暮警部判定以狼人、牛込嚴、佐熊浩之、野狼4名角斗士為嫌疑犯進行詢問。另一方面，柯南看到錄像帶里拍到的犯人的后腦，注意到不自然的地方并由此推斷出了兇手的真實身份。而正因為對于面具的不適應暴露了兇手的真實身份。錄影帶里的證據面前兇手最終承認自己的罪行。