神秘女子池波女士尋找的中學同學柴田手里握著照片被殺，小五郎等開始向相關者訊問而柯南也弄明白了柴田手握照片的含義。“沉睡的小五郎”當眾點破了池波女士的眾多謊言但卻判斷兇手另有其人。而兇手留下的鐵證就留在罪犯的手上，鐵證面前犯人最終承認了罪行，但在犯人準備自我了結的時候被池波攔下，而池波女士的身份也最終揭曉。

被害的真紀的因為錢包不見了，被疑為是強盜殺人。乍看之下雖然像是強盜殺人，柯南卻肯定兇手是這些大學生一行人中的某人。雖然懷疑藤浩的不在場證明是否可以確立，這時這一行人中復雜的人際關系一點一點浮現出來。這次的殺人事件中，隱藏著另外一個邪惡的計劃。在“沉睡的小五郎”的解說下兇手最終浮出水面來。

小五郎帶著小蘭和柯南來到“黃昏別館”，途中還偶遇了同是偵探的千間降代，當他們到達之后才發現，此次受邀前來的茂木遙史、大上祝善、槍田郁美和白馬探都是名偵探，而在這棟別墅內隨處可見陳年的血跡。在晚宴上，本以為能一睹這位別墅主人尊容的各位偵探卻掃興的發現，他居然頭戴面罩，并且還阻斷了所有道路，要求偵探們在這棟孤立無援的別墅內幫他尋找寶藏。

宇佐美過去曾殺害過被害者的孩子。而喝醉酒的宇佐美對事件記憶不清，這樣為案件辯護的英理看來沒有勝望。小五郎雖是想證明宇佐美的不在場證明，卻作為檢察官方面的證人出庭。對疑點懷有疑問的柯南讓小五郎作為辯護方證人再次出庭，進行了新的推理最終指出了犯人的真實身份。美真治的嫌疑終被洗清。

晚到的杰拉爾·天馬被劍殺死，和天馬有過爭吵的加那善成為了頭號嫌疑人。柯南則在勘察現場的時候發現窗臺上不自然的痕跡，而鋼琴上奇怪的東西也吸引了柯南的注意，最終柯南揭穿了像謎一樣的人物的真面目同時也解開了殺害天馬的兇手所用的犯罪手法。在鐵證面前兇手最終承認了自己的罪行并說出了殺人動機。