為了讓扭傷腳的柯南療養腳傷，大伙兒一起來到城崎溫泉，然而，小蘭卻突然失蹤，柯南從光彥他們所拍的照片上看到小蘭和一個小女孩在一起，同時照片上還出現了一個行蹤可疑的男人。這時，柯南他們遇到了服部，他受人委托前來找一個叫陽菜的女孩，而她正是和小蘭在一起的那個孩子。據陽菜的父親周平所說，在陽菜失蹤的同時他美術館里的展品彩虹之子也不翼而飛。就在大家四處進行尋找時，陽菜和小蘭遇到了危險。

警方在將這三個嫌疑人分開偵訊之后，又在死者的包里發現了一把手槍和強盜集團百鬼夜行留下的字條，并從小島權作的秘書那里得知，他舉辦此次活動是為了尋找殺死自己愛犬的同叫小島的強盜頭目，于是柯南利用與死者相同的方法找出兇手，雖然證據被銷毀，但他巧施妙計讓兇手自己主動承認了罪行。

小五郎帶柯南和小蘭去菜園屋頂的時候，發現了其中一塊菜田主人中村的尸體，表面上看像是因為腳底打滑磕到了后腦勺的意外死亡，但柯南察覺到了其中的蹊蹺，警察找來屋頂菜園的其他三名種植者進行偵訊，每個人都沒有不在場的證明，并且其中一人的供詞卻引起了柯南的注意，當大伙兒再次來到菜園進行現場調查時，柯南發現了一塊奇怪的磚頭，而這無疑是找出兇手的關鍵線索。

看過澤南留下的死亡訊息后，柯南知道了兇手的真面目，但是在揭發真相之前必須要破解這兩個密室殺人的手法，于是，他獨自來到比良坂的死亡現場進行調查，并在這個房間內的花瓶上發現了海報碎片，這條關鍵的線索讓他恍然大悟，原來兇手制造密室所利用的工具竟是海報，為了說明真相，他拜托高木和千葉警官場景重現，當然，兇手就是那個人！

受小林老師之托的少年偵探團在視聽教室找防范犯罪錄音帶，這時，千葉警官突然出現，雖然他嘴上說是為了懷念母校，但實際目的卻是為了找13年前一個女孩子留給他的情書回復，詢問過詳細情況后，大家幫他一起在眾多錄影帶中找女孩留下的信息，最終，柯南找到了女孩的回復，得知對方也喜歡自己的千葉，準備在今晚的同學會向這名女生表白，曾經錯過這段感情的千葉警官能找到自己的幸福嗎？