柯南的班級轉來了一個叫灰原哀的女生，而同一天少年偵探隊也收到了同校俊野幫忙找哥哥的委托，大家一起去俊野家進行調查，發現了一張夏目漱石的肖像畫，俊野說曾有一個黑衣女人很賞識這幅畫，聽到這些，柯南馬上聯想到了黑衣組織，便急忙帶領偵探隊走街串巷的尋找線索，期間，在便利店遇到的一個使用假錢的男子引起他的注意，于是，一路尾隨，推理出了這名男子的去向。

當新出醫生得知來取健康檢查結果的小五郎，就是傳說中的大偵探之后，便邀請小五郎，小蘭和柯南留在他家里吃便飯，但在飯前卻突然停電，來電之后，大家在浴室里發現新出醫生的尸體，同時，在浴缸里還發現了一把刮胡刀，乍一看像是因為觸電而死的意外事件，但在柯南看來卻是一場有預謀的殺人案件。

為了找尋灰原存有藥物資料的磁盤，柯南一行找到了她姐姐明美的老師廣田教授，趕到時卻發現教授死在一個密封的室內，經過鑒識認定是后腦勺遭到重物撞擊而死，但這其實是一件蓄意殺人案，可疑人物鎖定在白倉、細矢和盛岡三人身上，就在柯南的推理遇到瓶頸時，灰原的一句話點醒了他，他用阿笠博士的聲音道出真相。

小蘭到上森老師的烹飪教室去上課，菜做到一半屋里突然停電，這時，烹飪老師上森美智卻不知道被什么人刺傷了背部之后身亡，這名兇手利用繩子和冰塊早就事先制造了一個會自動斷電的裝置，調查結果還發現，兇手從外部進入屋內行兇的可能并不成立，那么兇手就是屋內除去柯南三人的其他幾名學生。

小五郎受學生時代認識的房東太太宗田光江之托，開導她最近不知為何事而消沉的孫子阿真，數次敲門無人回應，光江用備份鑰匙把門打開，卻發現屋內一片狼藉，而且墻壁上還涂滿了用紅色蠟筆畫的線，大家在浴室發現了割腕而死的阿真，光江讓柯南找來醫科大學的房客城戶，但已經為時已晚，小五郎斷定這是自殺案件，但光江和柯南卻認為是被人抹殺，這時，大家注意到了在建筑模型里的鑰匙，也就是說這是密室殺人事件！