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。

玉之助半夜悄悄出門，妹妹小惠和柯南暗中跟蹤到了劇團，兩人剛進劇團就在舞臺上發現了被人打昏了玉之助和劇團經理系江的尸體，而她的身邊有一張紙條和許多木屑。雖然玉之助昏迷但是他卻被認定為重要嫌犯，當柯南再次來舞臺調查時，他突然想到了什么便匆忙趕往醫院，并通知警方好好保護玉之助，犯人果真去了醫院，但他身手靈敏，躲過了警察的追捕，沒錯，這個人就是半年前消失的江戶小子！

柯南一直到吃晚飯的時候都還不見蹤影，博士去找他時也被不明人士打昏。深夜，不放心博士和柯南的灰原等人決定在古堡進行搜索，然而他們卻沒有發現兇手正悄悄跟在他們后面，大家跟著灰原來到柯南消失的密室，并發現了血跡和石頭上的留言，古堡越來越詭異，之后，光彥和元太也不知了去向，步美和灰原進一步深入古堡，就在她們也發現那具骷髏時，兇手出現。

智明發現自己外婆的腳受了傷，因為警察要對陽子進行偵訊，所以小蘭就主動提出幫助智明，自從小蘭見到智明就總是一副很中意的樣子，不是黑暗中緊抱智明的胳膊就是和他拉手，而且在她的臉上總是出現一片緋紅，這些全部讓柯南看在眼里，心里不禁大吃飛醋，難道小蘭變心了嗎？柯南在房間的二樓發現了碎片，并在房間中發現了可以解釋小光為何會花費一分鐘的時間去打開總開關證物，接下來，就是揭穿真相的時間。

柯南和從便利商店調查回來的高木警官交談的時候，注意到了門上的血，這時，美菜的未婚夫也帶病趕來，他說自己曾來找過美菜，但在門外等了半天也沒人開門，根據這些信息柯南知道了兇手誰以及她所謂的密室手法。但案件還未查清，小五郎就急著要去看演唱會，柯南看準時機將他麻醉，用變聲領結說出真相。