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。

被初音小姐雇傭的偵探安室透在調查伴場先生時發現了一件事，初音小姐和伴場先生都是從同一間飯店獲救的嬰兒，兩人都是在身份不明的情況下在同一所教會中撫養長大，聽到這些之后的初音非常在意。所有的證據都指向了伴場先生，在車底找到初音小姐掉落指甲的柯南似乎看出了事情的真相，這背后或許有著令人悲傷的事實。

通過大和警官對若松社長死訊的調查，已經被毒殺的玉郎便是殺害自己父親若松的兇手，這使案件更加撲朔迷離，柯南和服部一方面拜托高木警官改變方向調查仰慕若松社長的人，一方面開始調查玉郎中毒的原因。找到玉郎中毒原因的柯南和服部把目標鎖定在大家的拖鞋上，唯一沒被檢查的社長夫人卻死在了自己的房間里。

乍看之下發生在眼前的命案無疑是自殺事件，但諸多的疑點讓柯南和平次沿著他殺的方向調查，在詢問過有嫌疑的三人后柯南和平次有了初步的判斷，但現在還不清楚的是辦案的手法。毛利小五郎的調侃讓柯南和平次靈機一動，在三名嫌疑人到達現場后服部利用平板電腦還原了命案的經過。