毛利收到的信件上寫著有人要殺害美術館館長的內容，前去拜訪的柯南等人目睹了好幾次差點讓館長喪命的危機。而今天前來拜訪的赤座先生已經被殺害，懷疑壬生小姐行跡可疑的柯南和小蘭正準備親自聯絡警方的時候卻遭到了襲擊，美術館里的三個員工是共犯，而館長現在將要面臨危險。

通過大和警官對若松社長死訊的調查，已經被毒殺的玉郎便是殺害自己父親若松的兇手，這使案件更加撲朔迷離，柯南和服部一方面拜托高木警官改變方向調查仰慕若松社長的人，一方面開始調查玉郎中毒的原因。找到玉郎中毒原因的柯南和服部把目標鎖定在大家的拖鞋上，唯一沒被檢查的社長夫人卻死在了自己的房間里。

新印象公司旗下的業務員們發生不斷遭人襲擊重傷的案件，犯人甚至脅迫新印象公司的社長要求支付現金，隨后犯人進一步指明交付現金的必須是毛利小五郎，而警方還不知道犯人會以什么樣的方式接受現金。犯人利用電磁鐵取走現金的手法已被破解，而嫌疑人西澤也浮出水面，在小蘭和柯南前往西澤家調查時卻看到了他的尸體。

被襲擊的迫田暈倒前指向了小蘭，擁有空手道段數的小蘭被懷疑，尋找到目擊證人的柯南還從飾演過蝴蝶夫人的兩位演員身上找到了小蘭飾演角色的原型，而劇本內第二起殺人事件的死亡訊息也不知道蘊含著什么意義。案件變得更加撲朔迷離，擁有犯罪嫌疑的人越來越多，而在案件還沒解決的情況下又有人遭到了襲擊。

正在進行的推理游戲卻變成了真正的殺人事件，在列車到達名古屋前柯南他們要在乘客中揪出真正的兇手來，在他們四處尋找線索的時候灰原卻忍受著內心的煎熬。內心忐忑不安的灰原正在受到組織的威脅，組織的黑影已經更近一步接近灰原，她絕對不能以這種摸樣被人殺害。