日暮警官有事求助于小五郎，最近一件殺人案讓他非常苦惱。舞濱龍二是文學家靈岸雄高的外甥，靈岸先生在家被人謀殺，根據目擊者的證詞，警方鎖定犯罪嫌疑人就是舞濱龍二。但就在離起訴期只剩兩天的時候，舞濱龍二突然推翻之前的證詞，說靈岸先生被害那晚他正在自家附近實施入室搶劫，受害者的證詞也證明了這點。靈岸家與舞濱家距離有一個多小時的車程，舞濱龍二到底是怎么錯過時間差實施殺人犯罪的，這讓日暮警官百思不得其解。

小五郎讓柯南和小蘭陪他一起去位于大分的別府溫泉旅行，說到別府溫泉最有名的莫過于地獄巡游之旅，就在小蘭和柯南興致勃勃討論的時候小五郎卻在一旁默不作聲。在柯南和小蘭的逼問下小五郎才說出了實情，這次的旅行目的是尋找仲代電氣社長的女兒麻奈美，柯南根據照片找到了麻奈美所住的旅館，但這僅僅只是開始。

為了打開藏有珍貴月長石的機關盒，鈴木次吉郎準備在鈴木大圖書館將機關盒展出，并邀請各界人士前來打開機關盒。同時，他也向怪盜基德發出了邀請，希望借此機會吸引基德并將其繩之以法。收到邀請函的基德如約而至，正當眾人專心致力于打開機關盒時，基德已偷偷偽裝成其他人的模樣伺機以動。柯南能否順利找出基德真身？

外出露營的少年偵探團為了避雨來到了一棟別墅，別墅內的男傭人告訴大家最近房間內有幽靈出現。在交談中，柯南等人得知別墅的女主人不久前剛剛去世，而男主人則認為幽靈是女主人回到了家中。關于出現幽靈一事，女傭人似乎顯得十分不適，而男主人的侄子似乎行跡也有些奇怪。柯南察覺到幽靈之事必有蹊蹺，決心與少年偵探團一同查明真相。

警方分別對三位女當事人進行了詢問，并檢查了她們隨身攜帶的物品，而案發現場所發現的白色涼鞋成為了本案最大的疑點。在諸多線索的指引下，柯南和世良很快便推理出兇手的身份，但卻未能明白兇手的作案手段。最終在園子不經意的提示下，柯南順利地將案發過程演繹給眾人，成功找出真兇。而兇手與死者之間，竟有這樣一段不為人知的往事……