這件兇案的最大疑點就是，兇手從這個亂七八糟的黑暗房間逃跑的時候，居然沒有發出任何聲響，而且門鎖也沒有被破壞的痕跡，由此看來，睡在死者身邊的穗島嫌疑最大，可穗島卻說唐田和根上也都有這間屋子的鑰匙，于是，警方找來這二人進行偵訊，得知案發時兩人都沒有不在場證明，既然如此，嫌疑犯就有三人，這時，警方發現死者身上少了一顆紐扣以及地上的攝影機，查看過影像大家仍未發現有何異常，而那顆不翼而飛的紐扣就成了破案的關鍵。

此次幽靈恐慌的第二天，柯南他們下榻的民宅的主人—永倉先生被人襲擊了。永倉先生雖然沒有生命危險，但是犯人是誰卻不得而知。警察以重要參照人為理由帶走了從在進行地球遺產登陸委員會那里派來的缺德調查官川治，但柯南卻發覺這其中不自然的地方，最終少年偵探團的各位找到了真正的犯人并將找出了幽靈少女的真相。

柯南等人在警視廳鑒證連續發火現場遺留的紅馬現場照片，發現其中1張紅馬上有“兔”字，由此推出“紅馬”是三國志中出現的赤兔馬。另一方面，古董品店長玄田隆德到訪諸角宅，由于他打算送給諸角亮子的塑像是騎乘著赤兔馬的關羽，玄田的名字引起了搜查線上的注意。在一系列的推理調查之后玄田被捕了，但柯南和平次卻發覺了這其中的異樣。最終在柯南和平次的聯手調查下犯人的真面目慢慢浮出水面。

之后，新一又對舞臺重新進行調查，并注意到了舞臺的活動機關，如果利用這個的話兇手及其犯案手法都不難推斷，他將事情的真相告訴有希子，由她揭穿兇手，然而，在兇手被警方帶走前卻說了一句讓小蘭很介意的話。案子結束后，小蘭不小心弄丟了莎朗送給她的手帕，沒想到兩人找手帕的時候遇到了……

在警方調查的過程中，他們還在下鴨的房間發現了一盤由絹川和輝主演的錄影帶，本來想看看其中有什么線索，不想小五郎和橫溝警官還很入戲的看完了，但柯南卻注意到了被他們所忽略的細節，這時，有鑒識人員說兇手在勒死下鴨之前曾用蓬蓮頭敲打他的頭部，柯南根據這些判斷出兇手是誰以及她所使用的兇器，之后，他又使用老方法將小五郎麻醉，在指示了橫溝警官做好相應準備后，一場精彩的推理就要開始了！