少年偵探團利用連休來到了京都，他們是為了乘坐神盾艦體驗航海的樂趣，但跟著他們一起前來的園子、小蘭和小五郎卻對小吃和酒更感興趣。京都的日式甜點是小蘭非常喜歡的甜點，但她購買的老店中卻沒有了巧克力口味，慌忙跑進來的社長竟然稱所有分店的巧克力口味都憑空消失了，聽到小五郎名號的社長急忙拜托調查。

在小蘭的跆拳道社學姐鏡堂奈奈美的邀請下，少年偵探團的眾人來到了鏡堂家尋找傳聞中的寶藏，非常熱衷建筑的上一代家主鏡堂征太郎在這座宅邸中設下了各式各樣的機關，而沒有入口和窗戶的暗黑之塔也是其中之一，而在奈奈美帶領他們在宅邸四處參觀時突然聽到了女性的慘叫聲，奈奈美的母親不幸從塔上墜亡，前去調查兇手的途中灰原卻不見了蹤影。

看似自殺的案件還存在著很多疑點，現場留下的物件和快速轉臺的情況讓柯南明白了作案手法，而能夠作為決定性證據的物品還藏在真正的兇手身上。奶奶受到的訊息讓恩田的謊言不攻自破，而作為冒牌小五郎的他正處于尷尬的境地，察覺到背后隱情的柯南并不準備揭穿他，柯南還準備讓這個冒牌的小五郎展現名推理指出真正的兇手。

在小蘭做出大膽舉動的同時新一也開始了推理，當沢栗熏得知最后離開妹妹房間的人是光井后，便將槍口指向她，但新一卻說兇手不是她，緊接著他說起了死者的成名推理作品，將沢栗未紅與書中主人公的命運向聯系，正是這種亦真亦幻的錯覺導致她自殺死亡，聽到新一這樣的推理，沢栗熏難以接受，就在他精神崩潰之時，警察沖進來將他制服，雖然最大的威脅解除，但這起案件并未結束。

繼輕井澤別墅中的若松先生遇害之后，他的兒子玉郎也在東京的家中被毒殺，不可思議的是除了玉郎吃掉的那塊蛋糕意外并沒有發現其他的蛋糕上有毒。于此同時，大和敢助警官等人注意到了被殺害的若松先生浴室的瓷磚是運用了一種名為陰影鉆石錯視的會引發視覺錯覺的形狀，總算讓若松社長的死亡訊息再次顯現出來，而現實出的字母竟是SON。