柯南、小蘭和園子一起在天臺上等待看流星，和他們一起的還有三個東都大學研究所的學生，期間，野中和秋本去對面的電視轉播塔進行攝影，臨走前秋本告訴他們會有人造衛星經過，讓他們注意觀測。過了一會，秋本從轉播塔那邊回來，留下野中一人攝影，就在大家看向對面的時候，野中從塔上墜落，趕到現場后，他已氣絕身亡，這到底是意外事故還是有人蓄意謀殺？

和葉被人帶走不知去向，與此同時，柯南、服部和小五郎三人正對信一的死亡現場進行調查，期間，女傭鹽谷給他們送來宵并講述了三年前所發生的事情。當得知和葉被人擄走消息后，大家分頭尋找，最終在倉庫里找到了纏滿細線的和葉，所幸生命沒有受到威脅。之后，柯南和服部又發現了襲擊和葉用的電擊棒和BB彈，再次返回案發現場又找了新的線索，兇手就是那個人沒錯！

雖然少年偵探團被發現且命懸一線，不過幸好柯南及時趕到，大家得以解救，至于這個黑衣女人根本不是組織里的人。回家的路上，灰原識破柯南的身份并說自己是黑衣組織的人，而阿笠博士現在已經……，聽到這些，柯南匆忙趕去博士家卻發現博士安然無恙，而這時灰原也回到家，原來她因為姐姐的事情已經背叛了組織并且服用了和柯南一樣的藥讓身體變小，走投無路之下來到工藤家，被博士發現而收留。

柯南，小蘭和小五郎一行三人搭乘開往北海道的特快列車北斗星三號，在通過隧道的時候珠寶商人出云被人槍殺，兇手將車窗射穿跳出車外逃跑，之后警方又在隧道之中發現了疑似歹徒的男人，這宗命案的過程簡直跟柯南的爸爸工藤優作一篇未發表的推理小說一模一樣，期間一個言行奇怪的女人引起的柯南的注意，在柯南揭穿她的謊言后，她終于暴露了身份。

破解密碼后，元康留下的線索居然是……案件解決之后，小蘭找借口把柯南帶到了工藤家，并戳穿柯南就是新一的身份，這時，工藤的母親有希子從美國回來，在她的幫助下，柯南逃過了小蘭的質問。 次日，有希子帶柯南來到鄉下，原來她是受兒時朋友廣美所托，來鑒別剛從巴西回來的叔父義房的「真假」，晚上，義房說他早就知道大家的懷疑，并從身上拿出一封恐嚇信。