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。

在流水亭吃飯的時候，柯南再次遇到謀殺案件，死者是繩文大學的新井副教授，同行的兩人金田和巖間表示他們是為了慶祝新井晉升才來流水亭，調查后并沒有發現可疑人物出現在新井遇害的八號房，而當時金田和巖間也都有不在場證明。但一切瞞不過柯南的眼睛，在查看了金田和巖間所在的三號房和送飯用的船只后，找到了兇犯難以逃脫的鐵證。

服部平次邀請柯南與毛利和小蘭來大阪參觀旅行，一行人在旅行途中遇上一件離奇墜樓死亡事件。而這與之前的殺人案有著驚人的相似，疑似連續殺人案件。在柯南與平次對案情細心的推敲下發現整個案情指向一位女關系人，而就在這時她卻慘遭滅口，案情越趨險。

小五郎被山崎社長邀請去拍攝宣傳廣告。在吃飯的時候聽到玻璃破碎的聲音，跑過去看的時候發現山崎社長從窗戶里掉出來摔到懸崖下死，而房間竟然是密室狀態！調查后發現死因是因被大量蜜蜂追趕而不慎掉入山谷，但柯南在調查現場之后發現事實并非如此，黏在門把手上的奇怪東西最終讓柯南發現了兇手的身份和犯罪手法。

金恩離開酒窖后，躲在煙囪中的灰原則依靠她變大的身體，爬到屋頂，然而剛給博士報完平安，她的身后就響起了槍聲，原來在酒窖里的時候金恩就發現了她。而另一邊，柯南也得知了殺害吞口重彥的兇手，也就是代號匹斯可的真實身份，在調查清楚灰原所在的位置后，柯南飛速趕到，就在金恩準備射殺灰原時，柯南向金恩發射了一枚麻醉針，灰原趁機從煙囪返回酒窖，豈料待她蘇醒過來匹斯可已出現在她的面前……