園子中學時的好友矢內小姐拜托小五郎幫她重新調查姐姐的自殺案件，而她也是這次事件的目擊者之一。被警方認定為自殺案件的這起事件還存在著很多疑點，事發當天正在商量明年創立祭的矢內小姐和顧問児玉老師看到了受害人在模型社里自殺的一幕，第一個趕到現場的是受害人的未婚夫柴垣老師，而柯南在還原現場時看出了端倪。

少年偵探團和阿笠博士被之前在露營認識的夫妻招待吃烤肉，柯南等人受到了夫妻倆的熱情招待，當他們還在吃烤肉時丈夫表示找不到手機，夫妻兩人便一起去客廳尋找，但手機卻在庭院的椅子下面，當步美拿去給他們時卻看到了駭人的一幕。事件看似是丈夫采取防衛時不小心將刀刺向了妻子，但柯南卻從事件中感受到了強烈的不協調感。

急著跑進偵探事務所的千葉警官拜托小五郎找人，與他在咖啡館相識的美緒小姐最近遭到了恐嚇，從廁所回來的千葉警官得知美緒小姐似乎遇到了什么事而逃回家中，四處尋找拿錯雨傘的美緒小姐時千葉警官又遭到了不明車子的襲擊。正在和小五郎他們四處尋找美緒的千葉接到了通報，而卷入殺人事件中的年輕小姐便是美緒。

在小蘭的跆拳道社學姐鏡堂奈奈美的邀請下，少年偵探團的眾人來到了鏡堂家尋找傳聞中的寶藏，非常熱衷建筑的上一代家主鏡堂征太郎在這座宅邸中設下了各式各樣的機關，而沒有入口和窗戶的暗黑之塔也是其中之一，而在奈奈美帶領他們在宅邸四處參觀時突然聽到了女性的慘叫聲，奈奈美的母親不幸從塔上墜亡，前去調查兇手的途中灰原卻不見了蹤影。

在警方介入調查奈奈美母親的墜亡事件時，少年偵探團的孩子們卻不見了蹤影，而現代當家的助手長瀨先生也不見了。柯南等人在神秘的暗黑之塔中遇到了各式各樣的機關，在塔內他們還遭到了神秘人物的追趕，當柯南反應過來時身邊的伙伴們都消失不見，獨自尋找同伴的他想起了奈奈美的哥哥所說的話語，暗黑之塔寶藏的秘密即將揭曉。