柯南在從大阪回來的新干線中遇上了佐藤警官、高木警官。兩人正在押送毒品的秘密販賣者小倉。途中車內發現可疑的炸彈包裹。就在佐藤前去查看之時留下高木警官的時候，犯人小倉要求去廁所，卻在廁所中用刀刺自己的腹部身亡。而在調查的過程中佐藤發現小倉血跡的疑點，并推斷出這是他殺時間而非自殺。

服部收到了一封古怪的委托信，于是，他們一行人便來到了美國島，沒想到這封信的寄件人紗織卻在三天前失去了蹤影，當晚，島上熱烈的慶祝一年一度的儒艮慶典活動，傳說有位吃過人魚肉的長壽婆，任何人只要拿到她念過咒的儒艮之箭，就能實現長生不老的美夢，但就在慶典進行期間，沙織的朋友壽美竟然被人發現勒死在瀑布上，服部和柯南認為這是一起殺人事件并著手進行調查，然而在為壽美守靈的晚上又發生了一件慘案。

小五郎因為中了彩票帶著小蘭和柯南一起享受可以在南紀白濱住上一晚的旅行，并在那里結識了寫生旅行的醫科大學學生新莊真紀，由良達彥，宮原加奈子，藤浩太，三井元，五人之間似乎有著復雜的關系。第二天毛利他們偶然遇見了藤浩。正巧慌張的三井給藤浩的手機打來了電話說三段壁的樹林里發現真紀胸口中刀被殺。而柯南發現散落在現場鑰匙的疑點。

小五郎帶著小蘭和柯南來到“黃昏別館”，途中還偶遇了同是偵探的千間降代，當他們到達之后才發現，此次受邀前來的茂木遙史、大上祝善、槍田郁美和白馬探都是名偵探，而在這棟別墅內隨處可見陳年的血跡。在晚宴上，本以為能一睹這位別墅主人尊容的各位偵探卻掃興的發現，他居然頭戴面罩，并且還阻斷了所有道路，要求偵探們在這棟孤立無援的別墅內幫他尋找寶藏。

雖然對現場進行了調查，但警方無論如何都找不到決定性的證據，束手無策之時，小五郎提出了他的自殺論，并且得到了目暮警官的認同，就在警方準備以自殺結案時，話劇中的黑衣騎士突然出現，在否定了自殺論之后，他摘掉面具，而面具下面正是那張讓小蘭朝思暮想的面容，沒錯，真正的工藤新一登場，在進行了一番精彩絕倫的推理后，他卻再次昏倒……