少年偵探團的理科自由研究作業是拍攝鎮子的全景照片，為此阿笠博士帶他們來到云丸山露營，在山中小屋他們遇到了正在爭吵的四人，而三年前意外去世的元木是他們爭吵的焦點。爭吵過后岳美負氣離開睡在了懸崖底下，半夜的時候榮子等人為三年前因意外去世的元木默哀，正好醒來的柯南見證了這一幕，但在第二天元太卻發現山下的岳美小姐倒在了血泊中。

毛利小五郎受久須美工械廠社長的委托，調查工廠零部件被偷的案件，為了不引起職員的警惕，柯南和小蘭也一同隨行假裝參觀。在對職員們暗中調查后，行為怪異的谷崎成為毛利小五郎的懷疑對象，三人計劃在倉庫抓住罪犯的現行，不料卻發現谷崎死在了反鎖的房間里。正當案件一籌莫展時，谷崎生前研究的老鼠機器人引起了柯南的注意。

通過與世良的接觸，柯南回憶起與世良初次相遇的情形。十年前，秀一從美國回到日本，與家人一起在海灘游玩，恰好偶遇了年幼的新一和小蘭。沉迷偵探游戲的新一引起了秀一的興趣，正當二人交談甚歡時，突然有一輛車從沿海公路上沖破護欄墜入深海。秀一馬上潛入海中實施救援，卻發現駕駛員已當場死亡。根據秀一的推斷，案發前車上應該還有死者的同伴，而死者的身份也是疑點重重……

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。

柯南確信被警察盯上的千野并不是真正的犯人，而尸體的第一發現者福田先生和催促番藤與天城協商的江崎小姐都有殺人的機會，但在調查中柯南并沒有得到這方面的線索。案件的條理逐漸明確，犯人殺死天城和番藤的目的是為了陷害千野，想起千野偶爾擔任推理小說新人獎的審查后另一條線索出現了。