從昏迷中醒來的陽菜趁父母爭吵之際悄悄溜出醫院，按照歹徒的指示去拿彩虹之子，而這一切都在柯南的預計范圍內，他讓服部暗中進行追蹤，期間，小蘭用她撿到的步美的徽章聯系上了少年偵探團并暗示她所在的地點，雖然歹徒發現了服部等人，但柯南還是找到了陽菜和歹徒要去的地方，見勢不妙想要逃跑的歹徒被得到救援的小蘭一招制服，然而，幕后的指使者卻另有其人。

在警方對三名嫌疑人進行偵訊時，他們三人反而相互指責并揭露對方的犯案動機，這時，有人在更衣室內發現了一個空瓶子，另外在湖面上還有漂浮的火柴棒，為了弄清真相，警方又找來工作人員進行對峙，然而，他們卻表示并未發現異樣，期間，女主演深汐的一句話點醒了柯南，在他的引導下，大家得知一整夜都呆在溫泉里的人并不是兇手而是死者本人，那么，兇手到底是誰？在他的身上又有怎樣的關鍵性證據？

為了讓扭傷腳的柯南療養腳傷，大伙兒一起來到城崎溫泉，然而，小蘭卻突然失蹤，柯南從光彥他們所拍的照片上看到小蘭和一個小女孩在一起，同時照片上還出現了一個行蹤可疑的男人。這時，柯南他們遇到了服部，他受人委托前來找一個叫陽菜的女孩，而她正是和小蘭在一起的那個孩子。據陽菜的父親周平所說，在陽菜失蹤的同時他美術館里的展品彩虹之子也不翼而飛。就在大家四處進行尋找時，陽菜和小蘭遇到了危險。

這天是米花大學的校慶，小五郎作為畢業嘉賓帶著柯南，小蘭和園子前來參加。這是米花大學學生辻榮尊座邀請小蘭來幫忙看看僵尸表演是否到位。之后柯南，小蘭和園子在尊座和貴士的帶領下參觀了他們設計的絕叫病棟，就在被他們精湛的設計和表演嚇到的同時發現成員之一安菜沒有按計劃起身嚇人，走進之后發現安菜已經中毒身亡！隨著調查的深入，一個月之前橋口中毒身亡的事情也逐漸浮出水面。

就在光彥撥通報警電話之時，檢查的工人以小哀作為威脅，沒有辦法下光彥掛斷了求救電話。犯人們商議著要放棄贖金處理掉一切，少年偵探團的各位陷入了危機，就在這時步美注意到柯南發出的信號，按照指示給依次給步美，柯南，元太和阿笠博士的手機打電話來分散犯人的注意力，但因為聲音太大反而引發了犯人的注意。而此時犯人也發現了孩子們的計謀開始尋找光彥他們，柯南利用麻醉槍也終于制符了犯人們。