阿笠博士帶少年偵探團來到一家位于箱根的溫泉旅館，那里正好在進行《血殷殺手》系列最新作品的拍攝，因此，大家結識了劇作家鐵山巖治、女主角名取深汐、經紀人丹沢純作以及男主角寺堂云平。次日，元太他們一起去湖上露天溫泉的時候，卻在女湯發現了鐵山巖治的尸體，從現場來看兇手應該是在發案之后趁機混入了騷動之中，調查之后，警方將嫌疑鎖定在深汐、丹沢、寺堂三人中。

遭到魔犬追擊的和葉和小蘭趕緊跑到屋里躲起來，沒過一會，魔犬就消失了蹤影只留下一串火腳印，以此同時，從佐紀案發現場找到玻璃球的柯南等人也趕來宅邸，據和葉和小蘭回憶她們當時不僅聞到了洋蔥味還看到腳印在跳動，這時，養子知晃說起了美我子溺斃沼澤旁邊的奇怪小木屋，于是，一行人又前往沼澤進行查看，沒想到魔犬再次出現。

小蘭從小五郎的錢包里發現了五萬日元的項鏈收據，這似乎是要送給妃英理的生日禮物，得知這件事后小蘭發揮驚人的手氣抽到了飯店住宿券，等到生日那天柯南他們一起來到飯店并享受了一頓豪華的晚餐，可小五郎卻絲毫沒有贈送禮物的意思，一氣之下妃英理獨自返回房間，可小蘭卻想盡辦法讓小五郎在生日結束前送出禮物，沒想到進入妃英理的房間后竟然發現了一具女尸。

意外的是門把上留下的指紋竟然是諸伏高明警官的部下，為找尋更多線索，大和刻意讓柯南跟著高明警官去曾經住在別館里的翠川尚樹、山吹紹二、百瀨卓人和直木司郎家進行詢問，高明警官謊稱在門把上檢驗出他們的指紋來觀察他們的反應，不所料直木司郎聽說了這件事之后神色緊張，就在大家以為他是兇手，準備進一步進行調查時，直木司郎被人殺死，而他家里的其中一面墻壁被涂成了紅色。

警察并沒有在三個嫌疑人的家中發現有同款紐扣的衣服，而且在三天的酉日集市期間，他們都有無法連續犯案的證明，這時有消息說被害人益子蘇醒，然而他卻表示自己完全不記得在昏倒前所留下的線索。因為掌握不到確實的證據，警察只好讓嫌疑人先行離開，柯南推理遭遇瓶頸，這時，小蘭、園子和小五郎的談話給了他啟示，兇手就是那個人！