懷疑小蘭的高中英語教師朱蒂是黑衣組織的成員而拜訪公寓的服部平次與柯南，遇上朱蒂隔壁房間的主人高井墜樓摔死的案件。確信密室狀態的臥室從窗戶墜落的高井不是自殺而是他殺的兩人，在臥室調查中的平次接到和葉從大版打來的電話而明白犯罪手段的平次加上高井留下的證據。兩人向目暮警官建議在臥室重現案發。

在柯南與少年偵探團的孩子們及阿笠博士看比賽歸途的電車內，支持者赤野被殺。犯人確定在3個人之中。卻沒有決定性的線索。柯南從哀收看的比賽轉播中得到提示，看穿了犯人的謊言。并揭穿了犯人其實沒有看比賽只是通過廣播收聽比賽過程的謊言。而犯人也道出了為被赤野殺掉的弟弟報仇的動機。而此時柯南發現灰原遠離人群，追過去后只看到列車奔馳而去？

少年偵探隊為幫白鳥警官報仇，堅持留下來和警察一起進行破案，根據歹徒留下來的警告信，警方認為炸彈就安在紅色的電車上，可是費盡力氣找到的全都是用來混淆視聽的假炸彈，如果找不到炸彈,住在東京區的1200萬居民都將成為人質，柯南再次仔細琢磨這封警告信，發現歹徒所指的地方就是東都塔，并且那里也已經發生了一次小型爆炸。高木警官和柯南沖入東都塔，成功將困在電梯的女孩解救，但他們兩人就沒有那么幸運了，柯南發現裝在炸彈上的水銀汞柱已經啟動！

幸運的是兩人都沒有受傷，演出也能順利進行。然而，就在大家驚訝于華麗的舞臺和逼真的場景時，煙霧繚繞劇場內卻發生了命案，死者是話劇的男主角，案發時，新一立刻跑到舞臺上并在那里發現了手槍和空彈殼，之后又想起了出現在舞臺上的紅色瞄準線，但他卻不認為兇手是從觀眾席殺人，反而肯定兇手當時就在舞臺上，而嫌疑最大的就是和男主角糾纏不清的四名女演員。

就在警方和小五郎集中精力思考兇手是如何調換毛巾時，柯南卻重返飯桌，回憶當時自己為拿醬油和辣油轉旋轉桌面時的場景，這時他突然想到或許兇手根本就不是用有毒毛巾殺人的可能，在向鑒識人員確認了自己的想法后，兇手浮出水面，他讓所有人都按照案發時的位置做好，并重現當時的場景，而兇手卻在不知不覺間自己露出了馬腳。