新田太太在路上偶遇買蛋糕的柯南和小五郎，于是，她急忙將小五郎拉到自己鄰居山本的住所，拜托他處理山本自殺的案件。從現場來看，死者山本是坐在沙發上，嘴巴大張用自己的改裝手槍結束生命，同時在扣動扳機的瞬間也打破了裝有蝴蝶的恒溫箱，柯南認為這是一起謀殺案，但是兇手是如何讓死者嘴巴大張，從而營造出自殺狀態？

13年前，發生過的國友淳大的沉船海難事件和公館全體工作人員的家屬死亡事件漸漸的浮上水面。柯南認為有恐高癥的波花不會接近關口被殺的3層的陽臺，所以很難行兇。同樣茂子，綿引，赤冢也有奇怪的習慣和病癥，都不太可能是殺害關口的犯人。而在藥瓶上檢測出來的未知的指紋更使兇手的身份疑團加深，但是在柯南的推理下最終確定了兇手的身份。

中午，昏昏欲睡的柯南和小五郎被樓下的一聲巨響驚醒，趕到現場后發現一名駕駛摩托車的年輕人出車禍而死，他的旁邊散落著大量現金，柯南還發現了一封信和一盒裝有注射藥物的盒子，根據信的內容推斷出這是為贖一個叫堂本的人而準備的現金，警方順藤摸瓜到了堂本家，家人也都肯定了堂本被綁架的事實，柯南從女仆那里了解到堂本家的內部關系后，認定這并不是一起簡單的綁架案。

正影的三弟子之一姬宮遇害后，警方匆忙趕來調查并對屋內所有人一一進行偵訊，正影的妻子滿里太太說，被翻亂的資料室內有記載正影自創魔術的筆記本，而且在五年前曾有一個戴著帽子和墨鏡的男人找過正影，于是，大家正影的房間希望能從他的相冊中找到這個可疑男人，柯南和服部也在這里有了新發現，就在這時，和葉和小蘭回想起了看到尸體時的怪異場景。

笹本安太郎和神尾總是遭到大學時期同在推理研究會的日影的襲擊，因為實在無法忍受這種恐懼，在笹本的提議下他們找到了小五郎，神尾說日影曾寄給他一份小說的原稿，而里面的內容完全是如何殺人，而且他們的另一位同伴就死于小說中的手法，調查期間，神尾遭到炸彈襲擊， 笹本則差點被車撞傷，就在警察將注意力都放在搜索日影時，柯南卻認為兇手另有其人。