阿笠博士住在鄉下的老友龍太郎那里剛好有元太他們想要的深山楸形蟲，在柯南等人捉蟲回來時卻發現龍太郎大叔倒在了地上，門口的佛像也不翼而飛，再留下“深山楸形”幾個字后龍太郎便暈了過去。與龍太郎有土地邊界問題糾紛的周平和時常會偷盜佛像的慶都因與“深山楸形蟲”有關系而被懷疑，經過調查而前往道之站的柯南認為兇手另有其人。

柯南已經從對三位女性的拜訪中知道了真正的兇手，情奈小姐敷衍并粗糙的犯案手法讓柯南非常擔心她事后會做出傻事，但柯南推理中的疏忽讓兩人陷入了危機。持槍的劫犯挾持柯南和情奈駕車逃跑，知道了情況的眾人都緊跟其后，最終世良出手救下了柯南，在營救過程中安室和昴撞了個照面，而兩人都露出了詫異的表情。

被襲擊的迫田暈倒前指向了小蘭，擁有空手道段數的小蘭被懷疑，尋找到目擊證人的柯南還從飾演過蝴蝶夫人的兩位演員身上找到了小蘭飾演角色的原型，而劇本內第二起殺人事件的死亡訊息也不知道蘊含著什么意義。案件變得更加撲朔迷離，擁有犯罪嫌疑的人越來越多，而在案件還沒解決的情況下又有人遭到了襲擊。

毛利收到的信件上寫著有人要殺害美術館館長的內容，前去拜訪的柯南等人目睹了好幾次差點讓館長喪命的危機。而今天前來拜訪的赤座先生已經被殺害，懷疑壬生小姐行跡可疑的柯南和小蘭正準備親自聯絡警方的時候卻遭到了襲擊，美術館里的三個員工是共犯，而館長現在將要面臨危險。

毛利小五郎像的秘密