少年偵探團(tuán)一大早搭乘開往米花樂園的電車，當(dāng)柯南以為沒人和他們一樣時(shí)，就來了三個(gè)大學(xué)生也上了這趟電車，他們是鐵道研究社的，來這里是為了拍攝地上電車的照片，期間，川崎下車去前方拍攝行駛的電車，可就在電車急速向前時(shí)，他突然從梯子墜落到鐵軌上，幸虧司機(jī)及時(shí)剎車，他才得以保住一命，然而大家剛松了一口氣，卻發(fā)現(xiàn)堀井橫尸車廂……

柯南的班級(jí)轉(zhuǎn)來了一個(gè)叫灰原哀的女生，而同一天少年偵探隊(duì)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(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了一張夏目漱石的肖像畫，俊野說曾有一個(gè)黑衣女人很賞識(shí)這幅畫，聽到這些，柯南馬上聯(lián)想到了黑衣組織，便急忙帶領(lǐng)偵探隊(duì)走街串巷的尋找線索，期間，在便利店遇到的一個(gè)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。

警方看到落地窗的鎖上有血跡，并在玻璃碎片上了發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小洞，柯南和平次作出大膽推測(cè)，期間，柯南因看到遠(yuǎn)處樹上掛著的不明物體差點(diǎn)墜落陽臺(tái)，而當(dāng)時(shí)在旁邊的菊人卻因?yàn)閼指甙Y，沒有伸出援手，所幸有驚無險(xiǎn)。在樹上找到兇器之后，兩人將所有的線索串聯(lián)起來，沒錯(cuò)，兇手就是那個(gè)人！他們將所有人都叫到案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，說櫻庭就是兇手，可事實(shí)真是如此嗎？

學(xué)校里最近發(fā)生了很多詭異的事情，而且教導(dǎo)主任在沒請(qǐng)假的情況下也消失了好幾天，當(dāng)柯南向老師和校長問及此事時(shí)，大家也都避而不語，為調(diào)查真相少年偵探團(tuán)夜探帝丹小學(xué)，附有學(xué)生名字的娃娃，移動(dòng)的人體模型，窗戶后面的黑影，樓梯上的煙霧和扶手上的紅色顏料，以及自己班級(jí)里突然出現(xiàn)的十幾個(gè)黑影，雖然這一切看似撲朔迷離，但是真相只有一個(gè)。

柯南和從便利商店調(diào)查回來的高木警官交談的時(shí)候，注意到了門上的血，這時(shí)，美菜的未婚夫也帶病趕來，他說自己曾來找過美菜，但在門外等了半天也沒人開門，根據(jù)這些信息柯南知道了兇手誰以及她所謂的密室手法。但案件還未查清，小五郎就急著要去看演唱會(huì)，柯南看準(zhǔn)時(shí)機(jī)將他麻醉，用變聲領(lǐng)結(jié)說出真相。