柯南、小五郎陪園子和小蘭逛街的時候，在公園的廁所里發現了一具被不明人士勒斃的女尸，身穿流行哥特蘿莉裝的被害者名叫久瀨，柯南他們之前曾在新宿的咖啡廳與她有過一面之緣，她當時只在座位上坐了一下什么也沒點就去了店外的廁所，之后與她約見的朋友莊堂來到店里，但久瀨卻再也沒有出現。雖然柯南他們懷疑莊堂就是兇手，但她卻有完美的不在場證明。

為了出席宴會，小五郎來到一家理發店刮胡子，這里除了店長還有一名正在敷臉的客人，就在小五郎享受敷臉的時候，店內突然發生巨響，他和那位客人拿掉毛巾后，發現店長已經橫尸躺在了地上，在尸體的旁邊有一個假發和飛鏢，根據這些警方將嫌疑犯鎖定在飛鏢愛好會中的三名成員，而且三個人都有犯罪的動機，這時，步美提供了重要的證詞，柯南也發現了事情的真相，沒錯，兇手就是他！

來到倫敦的柯南不小心以新一的身份向小蘭暴露在倫敦的事實，而此時柯南喝下了回國用的解毒劑暫時以新一的身份出現！在繼續調查的過程中小蘭從以前新一說過的話中得到啟發發現了人偶的秘密。而之后通過與新一電話中發現了更多的線索。這時小蘭和小五郎碰到了米奈芭小姐，在米奈芭和弟弟阿波羅的協助下小蘭留在教堂的紙片，而上面寫著的就是接下來的線索。

這天作為地區體驗采訪的嘉賓，小蘭和柯南來到了岡山。在參觀美術館的時候遇到失去記憶的奇怪女人，而在經過檢查后發現身上還有扭打的痕跡。而趕來小五郎接受了調查她過去的委托。通過她畫的畫小蘭她們開始尋找她的記憶，而就在這時柯南發現她們被跟蹤了。在來到野崎家的大宅之時出現了認識她的人而她的名字是吉瀨萬由美，找回名字的萬由美卻突然逃走了！

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？