委托人為表示感謝，招待小五郎三人溫泉旅行，他們在搭乘湯之山縣的列車上，遇到了兩名爭吵的醫生佐藤、伊達，期間伊達曾生氣離開。換乘休息的途中，警察在與湯之山線列車路線基本相同的花之街線列車上發現尸體，柯南洞察到伊達神情怪異有犯罪嫌疑，可他是怎么樣在兩趟不一樣的列車上游走殺人的？

為找到更多的線索，柯南和服部對長門家的門衛和廚師等人逐一進行詢問，并且在對個個房間的搜查中，找到了女仆口中的床單，而且根據秀臣房間的電話留言，兩人重新推斷出了秀臣的死亡時間，一切準備就緒，服部叫來目暮警官，重現當時犯案的場景，兇手就是那個人，但逼死兇手絕不是一個偵探想要的結果。

柯南為保護小蘭扭傷了腳，為安全考慮，大家決定集中到餐廳等待天亮。突然屋內停電，黑暗中，繃帶怪人再次出現攻擊小蘭，但被小蘭躲開。柯南根據目前找到的線索，確定兇手就是電影社部員中的其中一人，在想通了兇手為何多次襲擊小蘭的原因后，他將園子麻醉，借助園子之口，道出真相和兇手。

柯南要陪步美拔牙時，被葉子醫生婉拒。而當晚七點半不動產老板中本被殺，發現尸體的人就是葉子和管理員，雖然葉子有殺人的動機，但由于步美的證詞，葉子有不在場的證明，因為她那時正在陪步美看七點半開始的假面超人。柯南一人在葉子家附近調查，看到葉子家和診所一樣的窗簾，柯南便知道了葉子的手法，并且那副假面超人的撲克也成了重要的證據。

當晚發生殺人案件的書房是完全的密室，而屋外的雪地上也沒有腳印。犯人是怎樣到書房的呢？在大家都將兇嫌箭頭指向搞外遇的妻子和情夫時，柯南卻看出破綻。一樁多年前的恩怨所埋下了憤恨的殺機的事實漸漸浮出了水面。最終柯南發現了兇手的犯罪手法并將其公之于眾，而兇手也最終承認了因為妹妹的去世而起殺念的事實。