小五郎，柯南，蘭，園子為了看伊東玉之助的劇團的戲劇表演，而前往了有名的劇院金丸座。這次，劇團上演的是以《歌劇院的怪人》為藍本改變的《金比羅劇院的怪人》的時代劇，玉之助飾演怪人，女演員輕部蘆美飾演女主角歌手。之后，在彩排中大吊燈突然落下，由于蘆美額頭受了小傷，玉之助不得不在劇院公開了被實際存在的怪人要求更換女主角的事情。

根據死者筆記的記載，怪盜基德也很有可能混在這次尋寶活動中，突然天降大雨，少年偵探隊進入了大宅院內機關重重的房子，元太認為寶物一定就在房屋的最高層，便急著前往，不想剛踏上樓梯就踩中了機關，所幸被屋子里的一位尋寶獵人所救，之后柯南等人與他一起行動，期間還碰到了另外兩位尋寶獵人，因為元太的粗心，大家掉落屋子的最底層，沒想到這里居然白骨遍地。

小五郎要去參加米花街業余文藝會演，于是便與柯南，目暮警官和街道主管上島長郎一同前往會場。途中，小五郎等人順路去了目黑美彌開的飯館。大會結束后，只剩下了有人找的市松留了下來。小五郎，上島等人則去咖啡館“meruhenn”繼續第二攤。不久后目暮警官卻接到電話報告說市松被刺！最終在柯南的推理下終于揭開了事件的真相。

警方并沒有找到柯南等人看到的當時那名男子所穿的灰色外套和背包，就在高木和佐藤準備離開的時候，已經知道兇手手法的柯南有意向他們做出暗示，根據柯南的提示警方破解了兇手制造不在場證明的手法，因此，加藤終究難逃法網。破案之后，高木警官決定在離開之前向佐藤警官表白，可是話剛到嘴邊，目暮警官就突然出現并告訴他……

柯南在舊大社車站找到了可以證明江角案發時不在場的目擊證人，幫江角洗清嫌疑之后，福間也不在隱瞞而說出了事情的真相，其實在他到達現場的時候，鱷淵已經死亡，在尸體身邊他發現了江角的項鏈，于是，就出現了兩人互相包庇的戲碼。既然鱷淵并非這對情侶所殺，那么兇手就在藤江和石飛之間，即使他們兩人都有不在場證明，真相也永遠只有一個！