日賣電視臺的特別節目《全國小島先生選手權大賽》即將開始，冠軍將會贏得一千萬元的獎金和一幅價值不菲的水墨畫軸，幸運的是元太的父親經過層層篩選獲得了參加決賽的資格，然而，就在比賽開始之前，主辦者小島權作不知被誰推下了樓梯因而導致死亡，其中能夠使用這個樓梯的人就只有進入決賽的三名小島先生，元太的父親也成為了嫌疑人之一，問題的關鍵是到底誰才是元太的爸爸？

阿笠博士和少年偵探團在河灘看螢火蟲的時候，垂水打電話給運來螢火蟲的中嶺，不想電話的另一邊卻傳來痛苦的呻吟聲，于是大伙兒匆忙驅車趕往事發地點，到達時中嶺已經在自己的車子里停止了呼吸，在他的旁邊還有一瓶有毒的飲料，有四人具有犯案嫌疑小和田道武以及他的女兒小葵、垂水和達馬，就在鳴龍梳理案情時，柯南注意到了元太從垂水車上拿的手電筒，這正是破案的關鍵！

阿笠博士帶少年偵探團來到一家位于箱根的溫泉旅館，那里正好在進行《血殷殺手》系列最新作品的拍攝，因此，大家結識了劇作家鐵山巖治、女主角名取深汐、經紀人丹沢純作以及男主角寺堂云平。次日，元太他們一起去湖上露天溫泉的時候，卻在女湯發現了鐵山巖治的尸體，從現場來看兇手應該是在發案之后趁機混入了騷動之中，調查之后，警方將嫌疑鎖定在深汐、丹沢、寺堂三人中。

從昏迷中醒來的陽菜趁父母爭吵之際悄悄溜出醫院，按照歹徒的指示去拿彩虹之子，而這一切都在柯南的預計范圍內，他讓服部暗中進行追蹤，期間，小蘭用她撿到的步美的徽章聯系上了少年偵探團并暗示她所在的地點，雖然歹徒發現了服部等人，但柯南還是找到了陽菜和歹徒要去的地方，見勢不妙想要逃跑的歹徒被得到救援的小蘭一招制服，然而，幕后的指使者卻另有其人。

在參加大學校慶的柯南和小蘭等人遇到了殺人事件，就在警官要判定為自殺事件的時候，在柯南的引導下警方判斷此次為他殺事件。而安菜在小蘭她們進來之前已經死亡，但此時如何讓桌子擺動的事情成為了破案的關鍵，而表演時站在安菜周圍的三人成了重點懷疑對象。經過對現場的調查柯南很快發現了犯人的犯罪手法和犯人的身份，在確鑿的證據面前犯人最終承認了罪行，并說出了殺死安菜的理由。