小蘭的班上轉來了一個叫伊東玉之助學生，受到他的邀請小蘭和柯南一行人來到他的劇團參觀排練過程，柯南發現成員之間似乎有什么問題，沒過多久一樁殺人案件發生了，案發時所有人正好都在舞臺排練，而且柯南等人就坐在觀眾席，那個逃過柯南和劇團人視線犯案的兇手應該就在其中。

少年偵探團在廢棄大樓為園游會練習的時候，逃逸的嫌犯在佐藤和高木兩位警官的追擊下闖了進來，嫌犯從屋頂逃到隔壁的美術館，但佐藤警官還是在廁所將他逮捕，但由于操作失誤，她將自己和歹徒都用手銬銬住無法自由活動，嫌犯東田聲稱他是無辜的，逃跑完全是為了參加女兒的婚禮，最后佐藤警官決定讓高木和少年偵探團在一定的時限中找到真兇。

服部和女友和葉受人委托前往鳥取縣傀儡嶺的武田家，但卻在途中迷路，還遇到了一位叫羅伯泰勒的外國人，這時，同樣受到武田家的邀請，為他們解開傀儡嶺蜘蛛之家謎團的柯南等人剛好從旁邊經過，在他們到達的當天晚上，武田家的長子信一在木偶倉庫的二樓吊死，接著和葉的身后出現了可疑的人影。

少年偵探團從事務所的答錄機上聽到天氣播報員淺野亞紀的留言，便私自決定代替小五郎去處理事件，來到電視臺后，亞紀熱情招待大家，還記下了柯南的call機的號碼，期間，亞紀接到了一通電話匆匆離去。在等待的過程中，柯南的call機收到了亞紀發來的留言，根據這些陸續發來的數字，大家推斷出亞紀一定是遇到了危險，經過反復推敲和琢磨，柯南終于明白了其中的含義，并按照這個訊息找到了被綁架的亞紀。

學校里最近發生了很多詭異的事情，而且教導主任在沒請假的情況下也消失了好幾天，當柯南向老師和校長問及此事時，大家也都避而不語，為調查真相少年偵探團夜探帝丹小學，附有學生名字的娃娃，移動的人體模型，窗戶后面的黑影，樓梯上的煙霧和扶手上的紅色顏料，以及自己班級里突然出現的十幾個黑影，雖然這一切看似撲朔迷離，但是真相只有一個。