柯南，小蘭和小五郎一行三人搭乘開往北海道的特快列車北斗星三號(hào)，在通過隧道的時(shí)候珠寶商人出云被人槍殺，兇手將車窗射穿跳出車外逃跑，之后警方又在隧道之中發(fā)現(xiàn)了疑似歹徒的男人，這宗命案的過程簡直跟柯南的爸爸工藤優(yōu)作一篇未發(fā)表的推理小說一模一樣，期間一個(gè)言行奇怪的女人引起的柯南的注意，在柯南揭穿她的謊言后，她終于暴露了身份。

柯南、小蘭和園子一起在天臺(tái)上等待看流星，和他們一起的還有三個(gè)東都大學(xué)研究所的學(xué)生，期間，野中和秋本去對(duì)面的電視轉(zhuǎn)播塔進(jìn)行攝影，臨走前秋本告訴他們會(huì)有人造衛(wèi)星經(jīng)過，讓他們注意觀測(cè)。過了一會(huì)，秋本從轉(zhuǎn)播塔那邊回來，留下野中一人攝影，就在大家看向?qū)γ娴臅r(shí)候，野中從塔上墜落，趕到現(xiàn)場(chǎng)后，他已氣絕身亡，這到底是意外事故還是有人蓄意謀殺？

小蘭，園子和柯南在溜冰場(chǎng)認(rèn)識(shí)了五個(gè)自稱是陶土射擊愛好者的朋友，就在大家等待看煙火的時(shí)候，洗手間卻傳來園子的尖叫，大家慌忙趕到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，看到的卻是千尋遭人用散彈槍擊中胸部倒坐在洗手間的慘狀，她的尸體旁邊留下了一個(gè)用血寫成的S狀文字，于是小五郎推斷這個(gè)英文字母代表著「兇手就是佐野泉」的信息，但高木和目暮警官卻推翻了他的猜測(cè)，之后，警方在死者的攜帶行動(dòng)電話上發(fā)現(xiàn)了KIX的字樣。

靜岡縣的橫溝警官特地找到小五郎拜托他調(diào)查一起怪異的案件，此次案件的受害者是演員小宮山，雖然被害者只有一名，但是前來自首說自己是兇手的卻有三人并且這幾人都有理有據(jù)的說出了自己的動(dòng)機(jī)和行兇方式，由于事情緊急，橫溝希望小五郎可以盡快做出推理。趕到案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，柯南再次對(duì)證人進(jìn)行詢問，并得知了事情的真相，兇手是自首三人中的一人？還是另有神秘四人？

找到兇器成了破案的關(guān)鍵，小五郎發(fā)現(xiàn)抽屜里的冰鎬少了一根，加之對(duì)大家物品的檢查認(rèn)定矢代就是兇手，可是柯南卻發(fā)現(xiàn)消失的冰鎬被用來固定植物了，繼而小五郎又認(rèn)定上森的兒媳熏兇手，熏指出這里的每個(gè)人都有殺人動(dòng)機(jī)并否定自己是兇手，到底誰是兇手呢？這時(shí)，柯南從目暮警官和小五郎的談話中得到啟示，找到兇器之后，沒錯(cuò)，兇手就是那個(gè)人！