柯南、少年偵探團、哀、阿笠博士來到阿笠博士友人所在村莊觀光，在夜晚的溪邊等待放螢火蟲時，村長的兒子中嶺和助手垂水乘坐運送螢火蟲的貨車到達。垂水打開貨車上的箱子，螢火蟲便成群結隊的飛了出來。元太為了要抓螢火蟲，爬上了貨車，隨手拿走了貨車上的手電。在大家陶醉于欣賞螢火蟲時，助手垂水接到一通中嶺打來的電話，說中嶺在烏帽巖，救命。柯南等人到達時，發現中嶺已經死在車內，地上放著疑似有毒的飲料瓶，車內還飛著一只……螢火蟲。。。

對三天后即將失效的殺人案兇手不斷發出挑釁言論的犯罪心理學家平棟堂次，在自己家中遭到殺害，兇手在他的背上刻下了Z字型傷痕。為找尋更多的線索，柯南等人跟著高木警官來到了二十年前的受害人家中詢問相關案情，雖然只得到了零星線索，但柯南卻將它們串聯起來并發現了共同點，那就是這四名被害者或許是一起打麻將的牌友，于是，高木和柯南等人決定順藤摸瓜，逐一調查他們可能去過的麻將館。

小說家萬田年久在旅館里趕寫小說，在編輯島木催稿離開房間后，萬田化裝成服務生，帶著貓咪諾貝爾離開了旅館。萬田路過柯南等人打簡易棒球的場地，進入了弟子原本高平的家。萬田從代理作者原本那里得到原稿后，將其殺害了。而偶然將球打入的柯南一行進入房間后發現了被殺的原本。柯南則發現了萬田的不自然。

柯南回家后小蘭就告訴他，自從放寒假瑛祐就失去了聯系，而在此之前小蘭從他那里聽說，他好像在杯戶中央醫院找姐姐的時候發現了關于自己父親線索，柯南急忙找到茱蒂老師商量對策，并推斷出他的父親就是被黑暗組織殺掉的CIA諜報人員，隨后，柯南一行人趕到醫院向護士詢問英祐的事情，沒想到竟然還有另一個人像英祐一樣在這家醫院打聽水無憐奈的事情。

竹內先生因為肇事逃逸而被檢察官拘留，可妃英理認為竹內既然是自首并主動承認罪行應該有被保釋的權利，之后，柯南和小五郎經過調查發現撞人的可能是竹內的妻子，于是，妃英理以此為籌碼再次要求放人，可沒想到的是竹內才被保釋出獄，他就在自家陽臺跳樓自殺，而目擊證人正是九條檢察官，為探尋真相，柯南和小五郎重返案發現場……