柯南等人搭乘環形電車的時候，突然從二號車廂里傳來慘叫，一名女子橫尸車廂，發現尸體的是死者的三名同事，柯南注意到死者耳朵發黑并且有被針狀物刺過的痕跡，由此推斷是被人毒死的，警察趕到后對死者的三名同事進行偵訊并檢查了他們的物品，柯南發現其中一人物品很是可疑，沒錯，兇手就是她！柯南已將謎底已經解開。

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。

某天，小說家任太朗的女兒香保里來到小五郎的事務所，拜托他找兩個月前留下紙條就突然失蹤的父母，可奇怪的是任太朗每個星期連載的小說卻會按時傳真到出版社，于是，柯南一行人趕到出版社，看到任太朗的原稿后，大家找到了幾點難以理解的部分，然而這些就是拯救任太朗的主要線索，柯南從小說中讀出了任太朗留下的消息，但歹徒的目的到底是什么？

大樓下面已經被記者圍堵，目暮警官讓小五郎暫時引開記者的注意，自己好帶土方幸三郎和沖田離開，就在小五郎對記者透漏兇手是沖田時，柯南將他麻醉重新進行了推理，并指出兇手另有其人，而這個人就是正在警方掩護下準備離開的……柯南當著所有媒體的面揭穿了兇手并用找到的有力證據讓他認罪。

柯南在死者村西真美家發現了四處疑點，在少年偵探隊的提醒和暗示下，高木終于知道了案件的真相，大家找到真兇用證據讓他承認罪行。而另一邊，杯戶美術館則即將在市民的矚目和阿笠博士的熱帶彩虹炸彈中爆破，可佐藤警官和東田還在美術館內，情況危急，佐藤警官真的會葬身美術館嗎？