大家一起去滑雪的時候，小五郎弄丟了別墅的鑰匙，三人正愁沒地兒住的時候，醫科大學的大山教授認出小五郎并邀請他們去自己的別墅，并正巧碰上了大山教授學子們的聚會，期間，中原驅車下山買下酒菜，趁這個機會大家也都各自活動，可中原回來后，卻發現大山教授被殺，柯南在現場根據教授留下的線索找到兇手。

委托人為表示感謝，招待小五郎三人溫泉旅行，他們在搭乘湯之山縣的列車上，遇到了兩名爭吵的醫生佐藤、伊達，期間伊達曾生氣離開。換乘休息的途中，警察在與湯之山線列車路線基本相同的花之街線列車上發現尸體，柯南洞察到伊達神情怪異有犯罪嫌疑，可他是怎么樣在兩趟不一樣的列車上游走殺人的？

為找到更多的線索，柯南和服部對長門家的門衛和廚師等人逐一進行詢問，并且在對個個房間的搜查中，找到了女仆口中的床單，而且根據秀臣房間的電話留言，兩人重新推斷出了秀臣的死亡時間，一切準備就緒，服部叫來目暮警官，重現當時犯案的場景，兇手就是那個人，但逼死兇手絕不是一個偵探想要的結果。

少年偵探團幫隔壁班浩樹找貓的時候，無意中在一戶人家的浴室里發現尸體，柯南趕緊叫來警察調查，開門的是一個脾氣很差的大叔，柯南沖進浴室卻發現尸體不見了，而這個大叔卻表示什么都不知道，自己則回二樓去睡覺讓警察隨便找，這時，臭脾氣大叔的弟弟回家并幫忙一起尋找，經過一天的搜查，警察無獲而返，但是不甘心的偵探團在夜里繼續調查，柯南一人潛入，卻遇到了危險……

麗花身上有被捆綁的痕跡，柯南在調查中扭開水龍頭的時候，發現水居然是從蓮蓬頭流出，確定了兇手之后，接下來就是找證據，柯南麻醉小五郎，借助小五郎的聲音讓三船、五條、六田、一枝脫下外套，更加確定了自己的推測，在黑暗的別墅中，柯南指出兇手，而兇手的殺人動機則源于兩年前。