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。

柯南一直到吃晚飯的時候都還不見蹤影，博士去找他時也被不明人士打昏。深夜，不放心博士和柯南的灰原等人決定在古堡進行搜索，然而他們卻沒有發現兇手正悄悄跟在他們后面，大家跟著灰原來到柯南消失的密室，并發現了血跡和石頭上的留言，古堡越來越詭異，之后，光彥和元太也不知了去向，步美和灰原進一步深入古堡，就在她們也發現那具骷髏時，兇手出現。

少年偵探團碰到了綠美容館的店長綠和店員美香發生爭執，因從中聽到美香要辭職的信息，步美表示很遺憾，但美香說可以幫步美剪次頭發。次日，大家陪步美去美香公寓時，卻發現她橫尸家中，之后警方介入調查并從死者的指甲縫中發現藍色塑膠碎屑，這時店長綠也趕來確認尸體，柯南從她的表情和怪異的舉止斷定她就是兇手，可是兇器到底是什么？在灰原的提醒下，柯南把目標轉向垃圾，一番搜查后卻一無所獲，柯南這次真的判斷錯誤嗎?

小蘭，園子和柯南在溜冰場認識了五個自稱是陶土射擊愛好者的朋友，就在大家等待看煙火的時候，洗手間卻傳來園子的尖叫，大家慌忙趕到現場時，看到的卻是千尋遭人用散彈槍擊中胸部倒坐在洗手間的慘狀，她的尸體旁邊留下了一個用血寫成的S狀文字，于是小五郎推斷這個英文字母代表著「兇手就是佐野泉」的信息，但高木和目暮警官卻推翻了他的猜測，之后，警方在死者的攜帶行動電話上發現了KIX的字樣。

就在警察找不到任何線索想要以自殺結案時，柯南把在案發第一現場找到的領帶別針交給警方，這就推翻了自殺的說法，但想要抓到兇手，還需要找到更加有決定性的證據。這時，柯南注意到了在案發現場發現的繩子，他突然想到什么，就跑到旁邊的枯井，一切不出他所料，兇手就是那個人，他再次將小五郎麻醉，揭秘流傳至今的五重塔傳說以及兇手！