阿笠博士帶少年偵探團來到一家位于箱根的溫泉旅館，那里正好在進行《血殷殺手》系列最新作品的拍攝，因此，大家結識了劇作家鐵山巖治、女主角名取深汐、經紀人丹沢純作以及男主角寺堂云平。次日，元太他們一起去湖上露天溫泉的時候，卻在女湯發現了鐵山巖治的尸體，從現場來看兇手應該是在發案之后趁機混入了騷動之中，調查之后，警方將嫌疑鎖定在深汐、丹沢、寺堂三人中。

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。

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？

差點被警察發現的柯南和大嶺及時被阿笠博士帶走，之后小五郎也趕到阿笠博士家，聽完柯南的分析，大家決定先找到大嶺當時所使用的空包彈手槍，被柯南找到的手槍成為了大嶺洗清嫌疑的關鍵證據，接下來就是尋找將罪名嫁禍給大嶺的真兇，柯南再次前往遭到槍襲的地下室，并在這里發現了兇手留下的線索，為了讓兇手自己露出馬腳，柯南計劃了一出好戲……

這個安置炸彈引起恐慌的不是別人，正是扮演無辜公民的綁著炸彈的那個男人，柯南不僅揭穿了他的身份還將他曾經殺人的事情公之于眾，案件圓滿解決之后，柯南看到了不不明人士傳給小五郎的推理簡訊，根據目擊者所說傳簡訊的那人很可能就是面帶傷疤的赤井秀一，待柯南追出去的時候發現赤井已經離開了大廈，而蓄意暗殺他的黑衣組織也因接到幕后老板的指示撤消了暗殺行動。