公演不能終止，可是主演蓮華卻還是沒有下落，情況緊急，小蘭自告奮勇決定暫時擔任輝夜姬一角。于是，少年偵探隊出動，他們和玉之助一起幫忙找人，期間還遇到為給歹徒送錢而被打昏的片岡秘書大貫，面對人財兩空的狀況，柯南能否找到蓮華？《竹取物語》又能否完美謝幕？

柯南、步美等人在阿笠博士的帶領下，來到假面超人的拍攝現場，不巧正好碰上攝制組休息，在這期間不時能聽到陣陣的爭吵聲，劇組工作人員深町堅決反對特效演員力石表演危險動作，可是力石卻倔強的想要證實自己的實力，結果在表演中發生了意外，他的車子沖破柵欄從樓頂摔了下來，力石當場死亡，當所有人都為這場意外感到惋惜時，柯南卻看出了這是巧妙布局的殺人事件。

這天小五郎回到事務所后小蘭告訴他說說英理前來拜托希望在她出門的這段時間里可以把這只名叫五郎的俄羅斯藍貓寄養在事務所。小蘭把貓咪五郎托給小五郎照料后便去上學了。在她走后，有一個自稱為桐下的男人來到了事務所。桐下拜托小五郎幫忙解讀自己女兒誤發來的手機短信。因為短信的內容像是什么暗號，桐下無法破解其中的含義。而在貓咪的提示之下小五郎也發現了暗號的意義。

柯南、步美等人從博士家里找到了一封四十年前來自博士初戀情人的信，信上除了說每十年在回憶的地點見面之外，還留下了一串像是暗示地點的數字，而今天剛好是四十年后的相約之日。經過推理，他們一行人來到動物園，將信上的數字與動物入園的順序相結合，他們找到了飛鼠館，而正巧在他們的面前站著一位女性，她會是阿笠博士的初戀嗎？

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。