因為柯南猜對了海豚旅行團所出的謎題，于是，為三人贏得了一次免費乘坐交響樂號去小笠原的機會，能登上這艘船的只有十名乘客，在登記途中，小五郎碰見了老警察鮫崎，但聽乘務(wù)員說這艘船上還有第三名偵探，小蘭和柯南也無意中發(fā)現(xiàn)了這次活動的組織古川，夜晚，大家聚在一起討論此次前來的乘客，當聽到葉才三這個名字時，每個人都面露驚訝之色。

小蘭在去沖繩旅行的飛機上想起了一年前新一在飛機上首次處理命案的事情，當時正值深夜，飛機上所有的人都在睡覺，突然傳來一聲尖叫，一名叫大鷹的男子在廁所被人殺害，碰巧目暮警官也在飛機上，于是新一和目暮警官一起對機艙上所有可疑的人進行了調(diào)查，在尋找兇器無果后，新一想到兇器一定就在兇手身上。

小蘭的班上轉(zhuǎn)來了一個叫伊東玉之助學生，受到他的邀請小蘭和柯南一行人來到他的劇團參觀排練過程，柯南發(fā)現(xiàn)成員之間似乎有什么問題，沒過多久一樁殺人案件發(fā)生了，案發(fā)時所有人正好都在舞臺排練，而且柯南等人就坐在觀眾席，那個逃過柯南和劇團人視線犯案的兇手應(yīng)該就在其中。

學校里最近發(fā)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(diào)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(xiàn)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。

原來這個叫葉才三的人，就是二十年前「四億元強盜殺人案」的主謀，鮫崎和小武郎急忙趕到葉才三所在的101號房卻發(fā)現(xiàn)屋內(nèi)空無一人，反而吵醒了睡在隔壁的服部，之后，大家找遍交響樂號也沒有發(fā)現(xiàn)葉才三的身影，如果挨過今晚，法律將不再追訴他們二十年前所犯下的罪行，葉才三和他的同伙也將恢復自由之身。十二點之后，甲板上傳出槍聲旗子也被人點燃，柯南發(fā)現(xiàn)了一張寫有奇怪語句的紙鈔，這時，船尾發(fā)生爆炸，而在這熊熊大火之中，隱約可見一具尸體。