服部平次邀請柯南與毛利和小蘭來大阪參觀旅行，一行人在旅行途中遇上一件離奇墜樓死亡事件。而這與之前的殺人案有著驚人的相似，疑似連續殺人案件。在柯南與平次對案情細心的推敲下發現整個案情指向一位女關系人，而就在這時她卻慘遭滅口，案情越趨險。

元旦當天，少年偵探團一起到國立競技場看足球決賽，卻看到l了足球被槍射中，這時，正在為天皇杯決賽進行轉播的日賣電視臺，接到了歹徒索要五千萬元的恐嚇電話，如果讓他發現比賽中止讓觀眾撤離的狀況，他將立刻對場內的觀眾進行掃射，電視臺依照歹徒的指示將錢袋準備好之后就在周圍埋伏了帶待命的警官，然而警察只抓到了歹徒同伙，歹徒通過電話說因為日賣電視臺的報警所以要殺雞儆猴，情況愈發危機。

小蘭在去沖繩旅行的飛機上想起了一年前新一在飛機上首次處理命案的事情，當時正值深夜，飛機上所有的人都在睡覺，突然傳來一聲尖叫，一名叫大鷹的男子在廁所被人殺害，碰巧目暮警官也在飛機上，于是新一和目暮警官一起對機艙上所有可疑的人進行了調查，在尋找兇器無果后，新一想到兇器一定就在兇手身上。

九十九七惠通過妃英理的介紹來到毛利偵探事務所，她拜托小五郎幫她重新調查丈夫著名魔術師九十九元康的死因，一行人來到九十九家中，見到了元康的三個學生真田一三 、三好麻子和白地裕士，簡單的照面之后，他們來到元康的死亡現場——地下室，柯南仔細進行現場勘查，發現了電話上一串奇怪的數字，期間，小蘭對柯南起了疑心，而暗中觀察他，但柯南毫無意識。

學校里最近發生了很多詭異的事情，而且教導主任在沒請假的情況下也消失了好幾天，當柯南向老師和校長問及此事時，大家也都避而不語，為調查真相少年偵探團夜探帝丹小學，附有學生名字的娃娃，移動的人體模型，窗戶后面的黑影，樓梯上的煙霧和扶手上的紅色顏料，以及自己班級里突然出現的十幾個黑影，雖然這一切看似撲朔迷離，但是真相只有一個。