學校里最近發生了很多詭異的事情，而且教導主任在沒請假的情況下也消失了好幾天，當柯南向老師和校長問及此事時，大家也都避而不語，為調查真相少年偵探團夜探帝丹小學，附有學生名字的娃娃，移動的人體模型，窗戶后面的黑影，樓梯上的煙霧和扶手上的紅色顏料，以及自己班級里突然出現的十幾個黑影，雖然這一切看似撲朔迷離，但是真相只有一個。

柯南向大家分析兇手是有目的的要殺某個人，這時，警察說他們在木柴那里找到了一盒磁帶和包有雨衣的兇器，聽過磁帶之后，柯南揭穿了想要殺死義房的兇手敬子，但當問及真知子的死亡時，敬子卻矢口否認，柯南說兇手確實不是敬子而是另有其人，還沒待他講完案件，那個鬼鬼祟祟的墨鏡男出現了，他居然是……

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。

發生了這種不幸的事，小五郎帶著柯南、小蘭來到小惠家看望她，期間，柯南借上廁所之名跑到二樓的書房進行調查，他發現在電話線和墻壁連接的地方有膠帶的痕跡，之后又跑去案發時的車庫，看到車庫的上方的窗子，更加確定了自己的推測——這起汽車爆炸事件另有隱情，數日后，小五郎再次來到小惠家，然而此次前來的目的卻是……

在流水亭吃飯的時候，柯南再次遇到謀殺案件，死者是繩文大學的新井副教授，同行的兩人金田和巖間表示他們是為了慶祝新井晉升才來流水亭，調查后并沒有發現可疑人物出現在新井遇害的八號房，而當時金田和巖間也都有不在場證明。但一切瞞不過柯南的眼睛，在查看了金田和巖間所在的三號房和送飯用的船只后，找到了兇犯難以逃脫的鐵證。