來到倫敦的柯南不小心以新一的身份向小蘭暴露在倫敦的事實，而此時柯南喝下了回國用的解毒劑暫時以新一的身份出現！在繼續調查的過程中小蘭從以前新一說過的話中得到啟發發現了人偶的秘密。而之后通過與新一電話中發現了更多的線索。這時小蘭和小五郎碰到了米奈芭小姐，在米奈芭和弟弟阿波羅的協助下小蘭留在教堂的紙片，而上面寫著的就是接下來的線索。

大和警官和柯南等人立刻找到剩下的三個嫌疑人展開詢問，可是每個人都有不在案發現場的證明，與此同時，只身一人在公館思考赤壁之謎的高明遭到了兇手的襲擊，在失去意識之前他向大和傳了一條“孔明之死”的訊息，當柯南他們趕到公館后這里已是熊熊大火，所幸上原由衣及時將高明救出，把他送到醫院的時候，小蘭對醫生們不同顏色的衣服表示好奇，而這個問題正好給了柯南和大和提示，讓他們破解了赤壁之謎！

這天小五郎在賽馬之后來到小酒館巧遇了同樣賽馬的幾位同好。在屋外抽煙的小五郎遇到了來找他的小蘭和柯南，就在眾人回到小酒館時忽然發現酒館老板娘被刺身亡！在警方調查了酒館的幾位客人之時發現扇小姐為了挽救自己的舞蹈班向老板娘借錢的事實，而其他幾位客人也多少有把柄被老板娘抓住。柯南在勘察現場后發現了犯人的身份！

警方在將這三個嫌疑人分開偵訊之后，又在死者的包里發現了一把手槍和強盜集團百鬼夜行留下的字條，并從小島權作的秘書那里得知，他舉辦此次活動是為了尋找殺死自己愛犬的同叫小島的強盜頭目，于是柯南利用與死者相同的方法找出兇手，雖然證據被銷毀，但他巧施妙計讓兇手自己主動承認了罪行。

在警方對三名嫌疑人進行偵訊時，他們三人反而相互指責并揭露對方的犯案動機，這時，有人在更衣室內發現了一個空瓶子，另外在湖面上還有漂浮的火柴棒，為了弄清真相，警方又找來工作人員進行對峙，然而，他們卻表示并未發現異樣，期間，女主演深汐的一句話點醒了柯南，在他的引導下，大家得知一整夜都呆在溫泉里的人并不是兇手而是死者本人，那么，兇手到底是誰？在他的身上又有怎樣的關鍵性證據？