柯南，小蘭和小五郎一行三人搭乘開往北海道的特快列車北斗星三號，在通過隧道的時候珠寶商人出云被人槍殺，兇手將車窗射穿跳出車外逃跑，之后警方又在隧道之中發現了疑似歹徒的男人，這宗命案的過程簡直跟柯南的爸爸工藤優作一篇未發表的推理小說一模一樣，期間一個言行奇怪的女人引起的柯南的注意，在柯南揭穿她的謊言后，她終于暴露了身份。

服部把武田家的人和羅伯叫到發生兇案現場的二樓倉庫，柯南將小五郎麻醉，在黑暗之中道出兇手所使用的手法，當被問及兇手是如何在這個形如密室中的倉庫作案時，柯南的回答卻是兇手根本沒有出現在兇案現場，那么兇手到底如何作案？信一為何會虐待自己的女兒美紗？美紗自殺的真正原因到底什么？是怎么樣的誤會導致武田家頻頻出現慘案？

少年偵探團不小心將棒球打到隔壁別墅的院子里，撿棒球的時候卻被別墅的主人綿貫義一趕了出來，在回到偵探事務所的路上，大家碰到一個跟假面超人里鼴鼠星人很像幸田正夫先生，他說他妹妹一個月前突然下落不明，一定是被綿貫殺掉埋在院子里，待他離開后。少年偵探團偷偷溜進院子挖尸體，這時，珠寶店發生搶劫案，兇手正是幸田正夫，他的目的到底是什么。

在流水亭吃飯的時候，柯南再次遇到謀殺案件，死者是繩文大學的新井副教授，同行的兩人金田和巖間表示他們是為了慶祝新井晉升才來流水亭，調查后并沒有發現可疑人物出現在新井遇害的八號房，而當時金田和巖間也都有不在場證明。但一切瞞不過柯南的眼睛，在查看了金田和巖間所在的三號房和送飯用的船只后，找到了兇犯難以逃脫的鐵證。

小五郎帶小蘭和柯南去日賣樂園游玩，正好碰上劇場演出，假面超人的表演橫跨整個樂園，可就在他表演從高空彈跳的動作時，腳踝的橡皮突然斷裂，假面超人的表演者西野掉落河中而死，這起案件乍一看是意外，但柯南注意到橡皮有灼燒的痕跡并非自然斷裂，于是推斷出這是謀殺，在對案發現場進行調查和相關人員的偵訊后，兇手浮出水面！