少年偵探團因成功抓捕強盜而大出風頭，某日，大家一起外出的時候，步美被一輛急駛而過的紅色轎車撞傷，柯南用滑板載著光彥和元太一起去追肇事車輛，奇怪的是，每到轉角車子都會停下來，好像故意等他們一樣，當柯南等人追到石倉工廠時，車子不見蹤影，之后，車子有突然出現并一路駛向警察局，沒過得多久，柯南等人得知石倉工廠發生了命案……

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。

雖然少年偵探團被發現且命懸一線，不過幸好柯南及時趕到，大家得以解救，至于這個黑衣女人根本不是組織里的人。回家的路上，灰原識破柯南的身份并說自己是黑衣組織的人，而阿笠博士現在已經……，聽到這些，柯南匆忙趕去博士家卻發現博士安然無恙，而這時灰原也回到家，原來她因為姐姐的事情已經背叛了組織并且服用了和柯南一樣的藥讓身體變小，走投無路之下來到工藤家，被博士發現而收留。

小五郎受推理迷林雅人之邀去米花町水族館觀看表演，沒想到在表演現場卻發生了命案，死者是女演員大沢美智子，警方在調查中發現大沢的膝蓋處有貼布，詢問了同事后得知，她的腿偶爾會疼痛，并且在檢查了控制室和蚌殼裝置沒發現異樣后，推斷出大沢死于意外，然而，跟著警方一起調查的柯南還是發現了蛛絲馬跡，認為這是一件有預謀的殺人案件。

發生了這種不幸的事，小五郎帶著柯南、小蘭來到小惠家看望她，期間，柯南借上廁所之名跑到二樓的書房進行調查，他發現在電話線和墻壁連接的地方有膠帶的痕跡，之后又跑去案發時的車庫，看到車庫的上方的窗子，更加確定了自己的推測——這起汽車爆炸事件另有隱情，數日后，小五郎再次來到小惠家，然而此次前來的目的卻是……