少年偵探團和阿笠博士被之前在露營認識的夫妻招待吃烤肉，柯南等人受到了夫妻倆的熱情招待，當他們還在吃烤肉時丈夫表示找不到手機，夫妻兩人便一起去客廳尋找，但手機卻在庭院的椅子下面，當步美拿去給他們時卻看到了駭人的一幕。事件看似是丈夫采取防衛時不小心將刀刺向了妻子，但柯南卻從事件中感受到了強烈的不協調感。

被襲擊的迫田暈倒前指向了小蘭，擁有空手道段數的小蘭被懷疑，尋找到目擊證人的柯南還從飾演過蝴蝶夫人的兩位演員身上找到了小蘭飾演角色的原型，而劇本內第二起殺人事件的死亡訊息也不知道蘊含著什么意義。案件變得更加撲朔迷離，擁有犯罪嫌疑的人越來越多，而在案件還沒解決的情況下又有人遭到了襲擊。

在小蘭做出大膽舉動的同時新一也開始了推理，當沢栗熏得知最后離開妹妹房間的人是光井后，便將槍口指向她，但新一卻說兇手不是她，緊接著他說起了死者的成名推理作品，將沢栗未紅與書中主人公的命運向聯系，正是這種亦真亦幻的錯覺導致她自殺死亡，聽到新一這樣的推理，沢栗熏難以接受，就在他精神崩潰之時，警察沖進來將他制服，雖然最大的威脅解除，但這起案件并未結束。

正在進行的推理游戲卻變成了真正的殺人事件，在列車到達名古屋前柯南他們要在乘客中揪出真正的兇手來，在他們四處尋找線索的時候灰原卻忍受著內心的煎熬。內心忐忑不安的灰原正在受到組織的威脅，組織的黑影已經更近一步接近灰原，她絕對不能以這種摸樣被人殺害。

警方將嫌疑人鎖定在三個人身上，考慮到兇手很可能是關西人，服部要求親自對他們進行偵訊，這些人分別是須貝、甘粕和東條，他們都聲稱自己是地道東京人，并且偵訊期間并沒有發現什么異常，之后，在旁吃飯的小蘭等人提供了一些線索，這讓柯南茅塞頓開，原來兇手就是那個人！他讓餐廳為這三個嫌疑人分別準備一碗味增湯，并說只要喝下就能真相大白。