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。

因為柯南猜對了海豚旅行團所出的謎題，于是，為三人贏得了一次免費乘坐交響樂號去小笠原的機會，能登上這艘船的只有十名乘客，在登記途中，小五郎碰見了老警察鮫崎，但聽乘務員說這艘船上還有第三名偵探，小蘭和柯南也無意中發現了這次活動的組織古川，夜晚，大家聚在一起討論此次前來的乘客，當聽到葉才三這個名字時，每個人都面露驚訝之色。

柯南的班級轉來了一個叫灰原哀的女生，而同一天少年偵探隊也收到了同校俊野幫忙找哥哥的委托，大家一起去俊野家進行調查，發現了一張夏目漱石的肖像畫，俊野說曾有一個黑衣女人很賞識這幅畫，聽到這些，柯南馬上聯想到了黑衣組織，便急忙帶領偵探隊走街串巷的尋找線索，期間，在便利店遇到的一個使用假錢的男子引起他的注意，于是，一路尾隨，推理出了這名男子的去向。

服部和女友和葉受人委托前往鳥取縣傀儡嶺的武田家，但卻在途中迷路，還遇到了一位叫羅伯泰勒的外國人，這時，同樣受到武田家的邀請，為他們解開傀儡嶺蜘蛛之家謎團的柯南等人剛好從旁邊經過，在他們到達的當天晚上，武田家的長子信一在木偶倉庫的二樓吊死，接著和葉的身后出現了可疑的人影。

濱野是被兇手勒死放置在雪地中間的，他是怎么完成這種不可能的犯罪？在須鐮的提醒下，大家想起了沒有來參加的會員影法師，并認為他最有嫌疑，期間，田中說要上樓披件衣服，但突然從外面射入一支箭，與此同時浴室也遭遇同樣的情況，沖出屋外后，大伙在樹林了發現了十字弓和一些箭，柯南一邊詢問大家濱野遇害時的情況，一邊對別墅進行檢查，并在浴室窗戶下發現了訂書針，之后又受酒瓶上圖案的啟發，他知道了事情的真相！