為找尋更多的線索，服部向胴口詢問起袴田與垂見之間的恩怨，不想他卻避而不答反而找來袴田教訓服部，之后他又遇到了當時在二館外的學生，據目擊人說所，案發時他們曾看到一個頭戴面具，身背護具袋的人進出這里，聽到這些證詞之后，服部終于知道了兇手是誰以及他所使用的手法，而此時，柯南等人也趕到了比賽會場，聽了警察對案情的描述之后，柯南急忙趕往服部所在的二館倉庫，卻發現服部早已將兇手制服。

小五郎的車子出了故障，求助于偶爾路過的橘律師。因為車子一時之間修不好，便到了橘律師的別墅。橘律師因為貪污事件相當出名。突然小蘭發現出海的橘律師的船翻船，橘律師死亡，而柯南也發現原本橘律師身上的救身衣不翼而飛。而橘律師最近收到一個化名“T.K”的恐嚇信。名字縮寫為T.K的熊田達也的嫌疑劇增。

服部收到了一封古怪的委托信，于是，他們一行人便來到了美國島，沒想到這封信的寄件人紗織卻在三天前失去了蹤影，當晚，島上熱烈的慶祝一年一度的儒艮慶典活動，傳說有位吃過人魚肉的長壽婆，任何人只要拿到她念過咒的儒艮之箭，就能實現長生不老的美夢，但就在慶典進行期間，沙織的朋友壽美竟然被人發現勒死在瀑布上，服部和柯南認為這是一起殺人事件并著手進行調查，然而在為壽美守靈的晚上又發生了一件慘案。

雖然對現場進行了調查，但警方無論如何都找不到決定性的證據，束手無策之時，小五郎提出了他的自殺論，并且得到了目暮警官的認同，就在警方準備以自殺結案時，話劇中的黑衣騎士突然出現，在否定了自殺論之后，他摘掉面具，而面具下面正是那張讓小蘭朝思暮想的面容，沒錯，真正的工藤新一登場，在進行了一番精彩絕倫的推理后，他卻再次昏倒……

柯南將園子麻痹，借用變聲器將四個嫌疑犯中的其他三名排除，那么，剩下的那一個人就是兇手，之后柯南又拜托高木警官和小蘭將案發時尾藤仍在進行格斗的場景重現，戳穿了兇手混淆大家視聽的手法，至于兇手所使用的兇器雖然很早就被丟棄，但還是被柯南發現，兇器就在……