柯南在垃圾桶里發現了被丟掉的便簽紙，客房服務員也說自己曾在門外發現了一張寫有奇怪內容的字條，這時，警方說在兇器電話線上發現了小五郎的指紋，案件的偵破進入了死胡同，兇手到底是誰呢？妃英理隨意的一句話提醒了柯南，沒錯兇手就是那個人！得知了真相以后，柯南、妃英理和警方聯手將兇手引入到他們設下的陷阱之中。

柯南和小蘭被小五郎帶到OK牧場在途中迷路，巧遇恰好路過的牧場工作人員后一行人終于到達牧場。。小五郎因為要看馬術，到了馬場便參觀了起來。但是馬場的裝蹄師杉山突然死亡！雖然看起來是被事故但在柯南的調查下發現這其實是一起有預謀的謀殺案！雖然大楠給馬喂了巧克力使馬異常興奮，但真正殺死杉山的另有其人。

柯南將小五郎麻醉并召集島上的所有人，準備將真相公之于眾，但遲遲未見和葉和服部的身影，在警察的催促中，柯南只好開始對整個案件進行推理，雖然門脅和祿郎最有可能犯案但柯南卻首先排除了他們二人的嫌疑，而當他指出真兇時，在座之人無一不感到震驚，這時，自救成功的服部及時趕到推理現場，更是說出了一個讓兇手都意外的事實。

柯南他們接受了委托，決定去解開似乎與穿紅色夾克衫的自殺者有關聯的公文包之謎，在去葵屋旅館的途中，遇見了山村刑警于是一起前往。小五郎等人到達旅館后，卻聽說已經有個自稱“毛利小五郎”的人先到了旅館，不久之后卻發現假冒的小五郎在自己的屋子里上吊死亡了。而在死者的隨身物品中有一份過期的報紙和夾在其中的頭發，在柯南的提示下小五郎解開頭發的秘密慢慢接近真相。

茂木認為小五郎是兇手而開槍將他射傷，當前來“黃昏別館”的所有名偵探都命喪黃泉時，電腦上居然出現了一行關于寶藏的信息，一直躲在監視器操控室的神秘幕后黑手終于按捺不住露出了真面目，沒想到這個人居然是……柯南引導她說出了整件事的真相，而這時，本應死去的偵探們居然都出現在門口，可到底是怎么回事？這棟別墅的寶藏又是什么？