寒假的這天柯南發燒了休息，而原本約定好的在步美家的紙牌游戲也沒有辦法參加。就在和步美通電話時忽然有個叫做正南的小男孩說有陌生人闖進家中敲開了步美家的門，但之后他的父母便過來把他帶走了。看似小孩子的惡作劇但柯南卻發現其實他們不是真的父母，正南可能真的面臨危險！于是少年偵探團的各位來到正南的家里一探究竟。

阿笠博士住在鄉下的老友龍太郎那里剛好有元太他們想要的深山楸形蟲，在柯南等人捉蟲回來時卻發現龍太郎大叔倒在了地上，門口的佛像也不翼而飛，再留下“深山楸形”幾個字后龍太郎便暈了過去。與龍太郎有土地邊界問題糾紛的周平和時常會偷盜佛像的慶都因與“深山楸形蟲”有關系而被懷疑，經過調查而前往道之站的柯南認為兇手另有其人。

毛利收到的信件上寫著有人要殺害美術館館長的內容，前去拜訪的柯南等人目睹了好幾次差點讓館長喪命的危機。而今天前來拜訪的赤座先生已經被殺害，懷疑壬生小姐行跡可疑的柯南和小蘭正準備親自聯絡警方的時候卻遭到了襲擊，美術館里的三個員工是共犯，而館長現在將要面臨危險。

在小蘭做出大膽舉動的同時新一也開始了推理，當沢栗熏得知最后離開妹妹房間的人是光井后，便將槍口指向她，但新一卻說兇手不是她，緊接著他說起了死者的成名推理作品，將沢栗未紅與書中主人公的命運向聯系，正是這種亦真亦幻的錯覺導致她自殺死亡，聽到新一這樣的推理，沢栗熏難以接受，就在他精神崩潰之時，警察沖進來將他制服，雖然最大的威脅解除，但這起案件并未結束。

乍看之下發生在眼前的命案無疑是自殺事件，但諸多的疑點讓柯南和平次沿著他殺的方向調查，在詢問過有嫌疑的三人后柯南和平次有了初步的判斷，但現在還不清楚的是辦案的手法。毛利小五郎的調侃讓柯南和平次靈機一動，在三名嫌疑人到達現場后服部利用平板電腦還原了命案的經過。