少年偵探隊按照暗號分別找到了剩下的兩個時光保存罐，卻發現在此之前有人曾將它們挖出來過而且最后一個發現的時光保存罐里面竟然有一封信，將所有的字條擺在一起，真相也愈發明晰，柯南在阿笠博士的幫助下揭露了真兇，沒想到事情的癥結可以追溯的十五年前……

牛迂的死因是喝了摻進氰化鉀的綠茶后中毒身亡。神奈川縣的橫溝警官發現裝著氰化鉀的瓶子翻倒在尸體下。然而牛迂打開了綠茶的瓶蓋后沒人再碰過，因而他斷定這是自殺案件。但柯南卻對此很懷疑。之后柯南發覺元太的舉止很古怪，于是調查三瀨等人的車內垃圾，找到了決定牛迂絕他殺的證據。犯人也最終承認了自己的罪行。

小五郎，柯南，蘭，園子為了看伊東玉之助的劇團的戲劇表演，而前往了有名的劇院金丸座。這次，劇團上演的是以《歌劇院的怪人》為藍本改變的《金比羅劇院的怪人》的時代劇，玉之助飾演怪人，女演員輕部蘆美飾演女主角歌手。之后，在彩排中大吊燈突然落下，由于蘆美額頭受了小傷，玉之助不得不在劇院公開了被實際存在的怪人要求更換女主角的事情。

新田太太在路上偶遇買蛋糕的柯南和小五郎，于是，她急忙將小五郎拉到自己鄰居山本的住所，拜托他處理山本自殺的案件。從現場來看，死者山本是坐在沙發上，嘴巴大張用自己的改裝手槍結束生命，同時在扣動扳機的瞬間也打破了裝有蝴蝶的恒溫箱，柯南認為這是一起謀殺案，但是兇手是如何讓死者嘴巴大張，從而營造出自殺狀態？

警方聽過答錄機里的留言后，分別向留言的蓬田、檜垣和稻葉打電話確認，發現每個人都有不在場證明，雖然警察沒有頭緒，但柯南卻早已知道兇手是誰，可介于小林老師的暗中觀察，柯南不能表現的太過明顯，于是，他將自己的推理簡單告訴元太他們，讓他們分擔必要的說辭，提醒警察逐一排除其他兩名嫌疑人犯案的可能，那么，最有可能犯案的就是他！