千葉警官在警局四處詢問有關“不明飛行物”的線索，卻毫無所獲，這天他回到家，收到了聲稱是自己宇宙第一大粉絲的人寄來的神秘郵件。在另一邊，名為和田陽奈的女高中生來到毛利事務所，委托小五郎調查杯戶公園“UFO”一事。杯戶公園隔壁的杯戶高中發生殺人案件，這兩者是否有聯系？

夜晚園子心血來潮帶著小蘭和柯南來公園里觀賞銀河，不料卻在花壇里發現了一起行兇案。園子透過望遠鏡看到了一雙女子的手，她手上的戒指正在被兇手摘下，園子過于震驚沒有看到兇手的長相。之后園子大概確定了行兇案的方向，帶著小蘭和柯南組成女高中生偵探團去破解這樁行兇案。

為了追蹤倉田屋駒吉的下落，柯南等人來到荻市進行調查，卻不慎遭到了神秘人的槍擊，所幸無人受傷。因擔心明日香的安危，毛利小五郎迅速向明日香致電，正當二人通話時，明日香卻遭到了神秘人的綁架。寶田先生告訴眾人犯人疑似是藤木律師，并猜測明日香被綁架的地點在指月公園。而柯南則在明日香掉落的手機中發現了其他線索，只身一人前往目的地搜尋明日香的下落。

小五郎讓柯南和小蘭陪他一起去位于大分的別府溫泉旅行，說到別府溫泉最有名的莫過于地獄巡游之旅，就在小蘭和柯南興致勃勃討論的時候小五郎卻在一旁默不作聲。在柯南和小蘭的逼問下小五郎才說出了實情，這次的旅行目的是尋找仲代電氣社長的女兒麻奈美，柯南根據照片找到了麻奈美所住的旅館，但這僅僅只是開始。

根據友寄夫人的回憶，寫有打開機關盒方法的紙條被丈夫藏在了某本書中，眾人紛紛開始查閱圖書館中的藏書。柯南在回憶友寄夫人所言之后，頓悟了紙條被藏匿的方法，并推理出紙條所在的書籍。正當眾人齊心協力想要從書中找出紙條時，圖書館突然停電陷入一片黑暗，柯南等人趕緊前往放置機關盒的展廳，卻發現基德早已留下卡片逃之夭夭。