小五郎受推理迷林雅人之邀去米花町水族館觀看表演，沒想到在表演現場卻發生了命案，死者是女演員大沢美智子，警方在調查中發現大沢的膝蓋處有貼布，詢問了同事后得知，她的腿偶爾會疼痛，并且在檢查了控制室和蚌殼裝置沒發現異樣后，推斷出大沢死于意外，然而，跟著警方一起調查的柯南還是發現了蛛絲馬跡，認為這是一件有預謀的殺人案件。

柯南，小蘭和小五郎一行三人搭乘開往北海道的特快列車北斗星三號，在通過隧道的時候珠寶商人出云被人槍殺，兇手將車窗射穿跳出車外逃跑，之后警方又在隧道之中發現了疑似歹徒的男人，這宗命案的過程簡直跟柯南的爸爸工藤優作一篇未發表的推理小說一模一樣，期間一個言行奇怪的女人引起的柯南的注意，在柯南揭穿她的謊言后，她終于暴露了身份。

在吞口重彥被殺的瞬間柯南撿到了一條紫色的手帕，之后又發現了一個破碎的美術燈吊環，根據這兩條線索柯南展開了調查，可沒想到調查期間灰原卻被不明人士帶走，柯南以眼鏡為媒介聯系到灰原，得知她被關在了飯店內的一個酒窖里，柯南讓灰原喝下老白干，這時，在飯店外面的柯南卻看到了金恩，而在酒窖的灰原身體也正在發生變化。

少年偵探團一大早搭乘開往米花樂園的電車，當柯南以為沒人和他們一樣時，就來了三個大學生也上了這趟電車，他們是鐵道研究社的，來這里是為了拍攝地上電車的照片，期間，川崎下車去前方拍攝行駛的電車，可就在電車急速向前時，他突然從梯子墜落到鐵軌上，幸虧司機及時剎車，他才得以保住一命，然而大家剛松了一口氣，卻發現堀井橫尸車廂……

小五郎和朋友分開，一個人醉醺醺的在街上游蕩時，碰到了有過幾面之緣的佐知子，她邀請小五郎和她一起兜風，之后，小五郎在送佐知子回到家時，發現她的室友和美被殺，最有可能的人就是佐知子，但是她當時和小五郎在一起，有充分的不在場證明，那么到底是時間的錯亂？還是兇手另有其人？