柯南等人通過電訊公司查到了三個可疑人士，之后，他們又分別向當時不明人打電話的出處進行確認，最終將目標鎖定在一家以推理家命名的店，店主說當時打電話的是一個帶著墨鏡常來光顧的客人，于是，柯南等人迅速趕往此處，正巧遇到了這名客人，就在小五郎要上前詢問時，柯南將他麻醉，把事情的來龍去脈說的一清二楚，并利用小孩子的身份，從墨鏡男口中騙取了這個手機的號碼，警方順藤摸瓜，找到了手機主人的住處，還發現了有關賄賂的賬簿。

電視臺為了舉辦一場東西推理大對決，便邀請小五郎和服部一起來沖繩島。之后大家與電視臺的工作人員事先搭船到發現不明男尸與詭異文字的無人島，考察完畢準備返回時，卻在海灘上發現了被不明人士殺害的工作人員之一平良小姐，而在她的身旁還留下了一行讓人不快的字句，就在服部和柯南進行推理時，送他們來的船只和船長也消失了蹤影。

柯南去看望同學片岡純，結果被人誤認為是純而遭到綁架。很快，綁架犯吉澤正向純的父親片岡茂電話要求贖金3千萬圓。并且指名交付贖金的必須是片岡的再婚的對方江崎幸子。吉澤在公園得到放有幸子送去的贖金的蜂蜜便當，乘輕四輪車逃走。但是，在警察的追蹤中，車子突然消失在隧道里！

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。