此次幽靈恐慌的第二天，柯南他們下榻的民宅的主人—永倉先生被人襲擊了。永倉先生雖然沒有生命危險，但是犯人是誰卻不得而知。警察以重要參照人為理由帶走了從在進行地球遺產登陸委員會那里派來的缺德調查官川治，但柯南卻發覺這其中不自然的地方，最終少年偵探團的各位找到了真正的犯人并將找出了幽靈少女的真相。

就在警方和小五郎集中精力思考兇手是如何調換毛巾時，柯南卻重返飯桌，回憶當時自己為拿醬油和辣油轉旋轉桌面時的場景，這時他突然想到或許兇手根本就不是用有毒毛巾殺人的可能，在向鑒識人員確認了自己的想法后，兇手浮出水面，他讓所有人都按照案發時的位置做好，并重現當時的場景，而兇手卻在不知不覺間自己露出了馬腳。

但是覆面角斗士狼人的對手永瀨豹太在休息室被發現。從犯罪時拍攝下來的錄像帶里目暮警部判定以狼人、牛込嚴、佐熊浩之、野狼4名角斗士為嫌疑犯進行詢問。另一方面，柯南看到錄像帶里拍到的犯人的后腦，注意到不自然的地方并由此推斷出了兇手的真實身份。而正因為對于面具的不適應暴露了兇手的真實身份。錄影帶里的證據面前兇手最終承認自己的罪行。

步美偶然撞上的殺人魔在逃。根據在她手上留下的痕跡，柯南和佐藤警官確定了犯人所乘車輛的車種，之后緊急拘捕了3名嫌疑者。因為犯人可能持有沾血的鑰匙，柯南推測鑰匙孔里會有血便請求測試熒光反應，但是竟然都沒有檢測出反應！就在這時柯南發現了犯人躲避檢測的發法，在柯南的協助下警方終于逮捕了犯人。

小五郎受邀帶著柯南與小蘭造訪知名畫家早河靜山的別墅。他的地址黑木次郎拜托小五郎激勵自殺未遂的靜山。次日，小五郎等留下靜山和黑木去海邊釣魚，而傭人山本典子聯系他們說靜山留下手書失蹤了。很快，在竹林中發現了靜山的遺體。發覺自殺有可疑之處的柯南剖析事件真相發現他殺的證據和犯人的真實身份！