小五郎受到一個名叫立李三可的委托，帶著柯南和小蘭一起來到群馬縣調查真相，途中他們遇見了德備六朗和荒巖，并從他們口中得知了11年前有一個名叫辰彥的孩子在旅館附近的河中溺斃而亡的事件，這與信中所提及的殺人案有何聯系？辰彥父親同時也是約見地點光羅旅館的老板沼山伴藏也讓人覺得很怪異，次日清晨，滿身都是刺鼻氣味液體的伴藏死在了旅館的頂樓房間，難道是小蘭昨晚在河邊看到的河童下的毒手嗎？

阿笠博士和少年偵探團在河灘看螢火蟲的時候，垂水打電話給運來螢火蟲的中嶺，不想電話的另一邊卻傳來痛苦的呻吟聲，于是大伙兒匆忙驅車趕往事發地點，到達時中嶺已經在自己的車子里停止了呼吸，在他的旁邊還有一瓶有毒的飲料，有四人具有犯案嫌疑小和田道武以及他的女兒小葵、垂水和達馬，就在鳴龍梳理案情時，柯南注意到了元太從垂水車上拿的手電筒，這正是破案的關鍵！

這兩人竟然是長野縣警官上原由衣和大和敢助，他們此次前來的目的是讓柯南和小五郎幫忙破解沾滿鮮血的赤壁之謎！于是一行人來到案發的希望之館，這里曾經住著六個很有才華的年輕人，自從三年前一名女性小葵心臟病發去世之后，她的丈夫明石周作就獨自一人留在館內生活，可是他卻被人鎖在館內的屋中活活餓死，如今能看到的只有他留下的奇特死亡訊息，這時，大和警官的死對頭諸伏高明警官也來到館內進行調查。

在警方對三名嫌疑人進行偵訊時，他們三人反而相互指責并揭露對方的犯案動機，這時，有人在更衣室內發現了一個空瓶子，另外在湖面上還有漂浮的火柴棒，為了弄清真相，警方又找來工作人員進行對峙，然而，他們卻表示并未發現異樣，期間，女主演深汐的一句話點醒了柯南，在他的引導下，大家得知一整夜都呆在溫泉里的人并不是兇手而是死者本人，那么，兇手到底是誰？在他的身上又有怎樣的關鍵性證據？

警察并沒有在三個嫌疑人的家中發現有同款紐扣的衣服，而且在三天的酉日集市期間，他們都有無法連續犯案的證明，這時有消息說被害人益子蘇醒，然而他卻表示自己完全不記得在昏倒前所留下的線索。因為掌握不到確實的證據，警察只好讓嫌疑人先行離開，柯南推理遭遇瓶頸，這時，小蘭、園子和小五郎的談話給了他啟示，兇手就是那個人！