以幕末的長崎為舞臺，有坂本龍馬擔任的偵探而活躍的推理劇，正在負責寫腳本的編劇家耕作先生突然消失蹤影，只寫了一半的劇本則委托小五郎先生幫忙推理出劇中的真正犯人，調查了耕作房間的柯南等人發現了許多古董美術品竊盜團的簡報，這一切似乎都有著隱情。失蹤中的耕作先生利用郵件將后續的劇本傳送過來，在劇本中出現了奇怪的臺詞。

在警方介入調查奈奈美母親的墜亡事件時，少年偵探團的孩子們卻不見了蹤影，而現代當家的助手長瀨先生也不見了。柯南等人在神秘的暗黑之塔中遇到了各式各樣的機關，在塔內他們還遭到了神秘人物的追趕，當柯南反應過來時身邊的伙伴們都消失不見，獨自尋找同伴的他想起了奈奈美的哥哥所說的話語，暗黑之塔寶藏的秘密即將揭曉。

因為山上時常有人白天生起營火的緣故，柯南并不能根據濃煙判斷小哀等人的位置，柯南現在急于找出兇手問出同伴的下落。火勢蔓延的很快，小哀迫于無奈只能吃下解藥帶著孩子們沖出了木屋，柯南已經根據自己的推理找到了真正的兇手，但被光彥傳出去的影片將會帶給他們很大的麻煩。

在靜岡縣寫小說的推理作家海棠千賀小姐招待毛利小五郎來她住的別墅，希望小五郎分享關于名偵探的辦案經驗，沒想到見面后卻沒有要聽小五郎分享的意思，而是一直在說自家人內部的矛盾。次日早上醒來的柯南等人發現海棠一家還沒起床，再到臥室后才發現海棠夫婦以及海棠小姐的徒弟幸子小姐全部都被毒殺。

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。