小五郎讓柯南和小蘭陪他一起去位于大分的別府溫泉旅行，說到別府溫泉最有名的莫過于地獄巡游之旅，就在小蘭和柯南興致勃勃討論的時候小五郎卻在一旁默不作聲。在柯南和小蘭的逼問下小五郎才說出了實情，這次的旅行目的是尋找仲代電氣社長的女兒麻奈美，柯南根據照片找到了麻奈美所住的旅館，但這僅僅只是開始。

千葉警官在警局四處詢問有關“不明飛行物”的線索，卻毫無所獲，這天他回到家，收到了聲稱是自己宇宙第一大粉絲的人寄來的神秘郵件。在另一邊，名為和田陽奈的女高中生來到毛利事務所，委托小五郎調查杯戶公園“UFO”一事。杯戶公園隔壁的杯戶高中發生殺人案件，這兩者是否有聯系？

為了紀念戰國武將信長入主岐阜城450周年，偵探少年團和阿笠博士來到岐阜市內游玩。在光彥的提議下，眾人共同觀看了當地的英雄秀表演。表演結束后，光彥因想得到簽名而獨自返回觀看場所，然而他卻在尋找表演人員的過程中遭到綁架……與此同時，在博物館展出的信長公像也一并失竊。光彥能否獲救？柯南眾人尋盡線索，希望迅速找出幕后黑手。

綾乃在休息日應邀來到了美冬家，誰知在門口時卻聽到了屋內的爭吵聲以及美冬的慘叫，終于打開門的綾乃只看到了美冬的尸體和房內凌亂的腳印。匆忙逃命的綾乃在路口撞上了柯南和毛利并帶他們來到了案發地，而當柯南他們順著屋內遺留的線索找到“兇手”田端時卻發現對方竟然已經死亡。

建太去撿球時透過窗戶發現了一個人身受重傷靠在沙發上，待大家發現后檢查傷者已經死亡。柯南不認為這是起意外事件，因為客廳里還躺著另外一名死者。經警察調查后得知受傷死者是房地產老板河合信藏，躺在地上的死者是河合以前的員工名叫柴田健介。柴田因挪用公款被河合開除，警察推測這可能是柴田的殺人動機。事件發生時河合的妻子優子正在家中二樓睡覺，沒有聽到樓下的打斗聲，這件事讓柯南起了疑心。