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！

大樓下面已經被記者圍堵，目暮警官讓小五郎暫時引開記者的注意，自己好帶土方幸三郎和沖田離開，就在小五郎對記者透漏兇手是沖田時，柯南將他麻醉重新進行了推理，并指出兇手另有其人，而這個人就是正在警方掩護下準備離開的……柯南當著所有媒體的面揭穿了兇手并用找到的有力證據讓他認罪。

對暗號進行仔細研究后，柯南將其破解，順著暗號的指引，他們找到了暖爐下新的圖案，只是這個暗號指向了盤子，一切又回到了原點，柯南百思不得其解，之后，他注意到這些帶有暗號物品的擺設位置，將他們連成一線，沒錯，機關就是天花板上的吊燈，將吊燈旋轉后，二樓的密室被打開，然而這個閣樓上居然有一堆白骨！

學校里最近發生了很多詭異的事情，而且教導主任在沒請假的情況下也消失了好幾天，當柯南向老師和校長問及此事時，大家也都避而不語，為調查真相少年偵探團夜探帝丹小學，附有學生名字的娃娃，移動的人體模型，窗戶后面的黑影，樓梯上的煙霧和扶手上的紅色顏料，以及自己班級里突然出現的十幾個黑影，雖然這一切看似撲朔迷離，但是真相只有一個。

柯南在死者村西真美家發現了四處疑點，在少年偵探隊的提醒和暗示下，高木終于知道了案件的真相，大家找到真兇用證據讓他承認罪行。而另一邊，杯戶美術館則即將在市民的矚目和阿笠博士的熱帶彩虹炸彈中爆破，可佐藤警官和東田還在美術館內，情況危急，佐藤警官真的會葬身美術館嗎？