小五郎，柯南，蘭，園子為了看伊東玉之助的劇團的戲劇表演，而前往了有名的劇院金丸座。這次，劇團上演的是以《歌劇院的怪人》為藍本改變的《金比羅劇院的怪人》的時代劇，玉之助飾演怪人，女演員輕部蘆美飾演女主角歌手。之后，在彩排中大吊燈突然落下，由于蘆美額頭受了小傷，玉之助不得不在劇院公開了被實際存在的怪人要求更換女主角的事情。

由美說今天并沒發生交通意外什么的，這可讓柯南犯了難，就在這時，便利店店長的一句話給了柯南提示，為證實自己的想法他還去翻垃圾桶，所幸一切如他料想一般，于是，大家一起乘由美的車來到一座舊倉庫，可遺憾的是他們并沒有找到翔子，反而看到了兩只小貓，知道了翔子的秘密后，柯南又在倉庫外發現了出車禍的痕跡，難道說翔子有危險？

小五郎要去參加米花街業余文藝會演，于是便與柯南，目暮警官和街道主管上島長郎一同前往會場。途中，小五郎等人順路去了目黑美彌開的飯館。大會結束后，只剩下了有人找的市松留了下來。小五郎，上島等人則去咖啡館“meruhenn”繼續第二攤。不久后目暮警官卻接到電話報告說市松被刺！最終在柯南的推理下終于揭開了事件的真相。

牛迂的死因是喝了摻進氰化鉀的綠茶后中毒身亡。神奈川縣的橫溝警官發現裝著氰化鉀的瓶子翻倒在尸體下。然而牛迂打開了綠茶的瓶蓋后沒人再碰過，因而他斷定這是自殺案件。但柯南卻對此很懷疑。之后柯南發覺元太的舉止很古怪，于是調查三瀨等人的車內垃圾，找到了決定牛迂絕他殺的證據。犯人也最終承認了自己的罪行。

柯南在舊大社車站找到了可以證明江角案發時不在場的目擊證人，幫江角洗清嫌疑之后，福間也不在隱瞞而說出了事情的真相，其實在他到達現場的時候，鱷淵已經死亡，在尸體身邊他發現了江角的項鏈，于是，就出現了兩人互相包庇的戲碼。既然鱷淵并非這對情侶所殺，那么兇手就在藤江和石飛之間，即使他們兩人都有不在場證明，真相也永遠只有一個！