牛迂的死因是喝了摻進氰化鉀的綠茶后中毒身亡。神奈川縣的橫溝警官發現裝著氰化鉀的瓶子翻倒在尸體下。然而牛迂打開了綠茶的瓶蓋后沒人再碰過，因而他斷定這是自殺案件。但柯南卻對此很懷疑。之后柯南發覺元太的舉止很古怪，于是調查三瀨等人的車內垃圾，找到了決定牛迂絕他殺的證據。犯人也最終承認了自己的罪行。

在趕來支援的FBI的幫助下，柯南他們將獨自駕駛摩托的水無包圍，然而，馬路上卻出現了一個撿球的小男孩，為不傷害小孩，水無出車禍受傷。另一邊，今恩在水無換下的衣物里發現了粘在鞋底的發信器和竊聽器，便臨時決定變更目標向米花鎮駛去，柯南察覺到他們的行動，意識到小五郎性命堪憂，也匆匆趕往米花鎮，而此時黑衣組織已經瞄準了小五郎……

倫子在密室中上吊死了。群馬縣的山村警官認為這是一起偽裝成自殺的密室殺人案而展開了搜查，并向純，享，耀治等人詢問情況。而三人案發時看起來也沒有什么異常。之后柯南留意到只有書架上的百科辭典沒有按卷數依次擺放的細節并找到了隱藏在書架里的密道并已毛利小五郎的省份給山村警官發送了提示短信最終將犯人抓獲。

放學后，小蘭在鞋柜里發現了一封情書，正當她為此而煩惱時，遇到了曾在帝丹高中上學的學姐，她說家里遭到了不明人士的入侵，可奇怪的是小偷不僅沒偷錢，反而還給她死去的丈夫上了一炷香，并且自己的日記也有被人查看過的跡象，期間學姐還談起了高中時期被自己拒絕過的男生，看過照片后，小蘭說她今天見過這個男生，之后，園子將整個事件的來龍去脈推理出來，這時，學姐說她還有一件事瞞著大家……

當阿笠博士滿懷期待得走向那位女性時，卻發現這個人竟然是男扮女裝而且還是自己的舊識，再次認錯人不禁讓這群孩子們大失所望，于是大家決定利用動物園的廣播站尋人，可依舊沒有回應，難道博士又要與自己的初戀情人擦肩而過？這時，博士的回憶隱約浮現，柯南根據博士的說辭，破解暗號，來到了相約之地……