在柯南與少年偵探團的孩子們及阿笠博士看比賽歸途的電車內，支持者赤野被殺。犯人確定在3個人之中。卻沒有決定性的線索。柯南從哀收看的比賽轉播中得到提示，看穿了犯人的謊言。并揭穿了犯人其實沒有看比賽只是通過廣播收聽比賽過程的謊言。而犯人也道出了為被赤野殺掉的弟弟報仇的動機。而此時柯南發現灰原遠離人群，追過去后只看到列車奔馳而去？

藤枝干雄收到暗殺的威脅，為了阻止暗殺找來了小五郎，而委托的酬勞竟然是1千萬日元！但在事件解決之前小五郎居然用掉了五百萬日元，之后因為無力阻止暗殺，最終分居中的妻子妃英理代替他去了委托人那里。而同時到達那里的還有柯南的母親工藤有希子！而此時通過監視器眾人發現獨自在房間里的藤枝竟然倒地不起！沖過去之后發現藤枝干雄已經死亡。

懷疑小蘭的高中英語教師朱蒂是黑衣組織的成員而拜訪公寓的服部平次與柯南，遇上朱蒂隔壁房間的主人高井墜樓摔死的案件。確信密室狀態的臥室從窗戶墜落的高井不是自殺而是他殺的兩人，在臥室調查中的平次接到和葉從大版打來的電話而明白犯罪手段的平次加上高井留下的證據。兩人向目暮警官建議在臥室重現案發。

出席熊本網球大會的柯南他們，大會當日小蘭被誘拐。柯南回想小蘭電話中內容判斷出小蘭現在咋橫濱并在獲悉園子所拾到的手機中接收到的兩條短信的內容后，知道內容來自倉庫。在救出小蘭之后眾人發現立川的目的。頒獎典禮上立川果然當中刺殺成增先生。在來苑子的說服下，最終立川放下手中的刀，放棄了這種極端的復仇之路。

此次幽靈恐慌的第二天，柯南他們下榻的民宅的主人—永倉先生被人襲擊了。永倉先生雖然沒有生命危險，但是犯人是誰卻不得而知。警察以重要參照人為理由帶走了從在進行地球遺產登陸委員會那里派來的缺德調查官川治，但柯南卻發覺這其中不自然的地方，最終少年偵探團的各位找到了真正的犯人并將找出了幽靈少女的真相。