被初音小姐雇傭的偵探安室透在調查伴場先生時發現了一件事，初音小姐和伴場先生都是從同一間飯店獲救的嬰兒，兩人都是在身份不明的情況下在同一所教會中撫養長大，聽到這些之后的初音非常在意。所有的證據都指向了伴場先生，在車底找到初音小姐掉落指甲的柯南似乎看出了事情的真相，這背后或許有著令人悲傷的事實。

在園子的邀請下，柯南、小蘭隨她一起前往杯戶飯店享用“蛋糕吃到飽”，然而在搭公車的途中他們遇到了一位截拳道高手，這位與小蘭勢均力敵的對手到底是什么人？到了杯戶飯店后，得知蛋糕吃到飽餐廳已經截止入場的小蘭和園子大失所望，這時，突然傳來尖叫聲，有一名男子從高處墜樓身亡，目擊人晝川表示樓頂有人影閃過，但當柯南趕到樓頂時卻只發現了外套和鞋子。

在靜岡縣寫小說的推理作家海棠千賀小姐招待毛利小五郎來她住的別墅，希望小五郎分享關于名偵探的辦案經驗，沒想到見面后卻沒有要聽小五郎分享的意思，而是一直在說自家人內部的矛盾。次日早上醒來的柯南等人發現海棠一家還沒起床，再到臥室后才發現海棠夫婦以及海棠小姐的徒弟幸子小姐全部都被毒殺。

在小蘭的跆拳道社學姐鏡堂奈奈美的邀請下，少年偵探團的眾人來到了鏡堂家尋找傳聞中的寶藏，非常熱衷建筑的上一代家主鏡堂征太郎在這座宅邸中設下了各式各樣的機關，而沒有入口和窗戶的暗黑之塔也是其中之一，而在奈奈美帶領他們在宅邸四處參觀時突然聽到了女性的慘叫聲，奈奈美的母親不幸從塔上墜亡，前去調查兇手的途中灰原卻不見了蹤影。

毛利收到的信件上寫著有人要殺害美術館館長的內容，前去拜訪的柯南等人目睹了好幾次差點讓館長喪命的危機。而今天前來拜訪的赤座先生已經被殺害，懷疑壬生小姐行跡可疑的柯南和小蘭正準備親自聯絡警方的時候卻遭到了襲擊，美術館里的三個員工是共犯，而館長現在將要面臨危險。