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。

為了找尋灰原存有藥物資料的磁盤，柯南一行找到了她姐姐明美的老師廣田教授，趕到時卻發現教授死在一個密封的室內，經過鑒識認定是后腦勺遭到重物撞擊而死，但這其實是一件蓄意殺人案，可疑人物鎖定在白倉、細矢和盛岡三人身上，就在柯南的推理遇到瓶頸時，灰原的一句話點醒了他，他用阿笠博士的聲音道出真相。

少年偵探隊為準備兒童大會要表演的布偶戲，隨一個叫海部大學生去霧之丘高原進行特訓，可是當晚柯南發現同他們一起來的小朋友和相應的布偶都不見了，就在柯南和光彥去二樓進行調查的時候，元太和步美也突然失去了蹤影，因為電話線被不明人士割斷，兩人跑到離這里最近的另一家民宿，卻看到……

柯南等人來到一所蓋有五重塔的鄉間寺廟，因為這里要開發觀光而導致寺方和觀光公司產生了爭執，次日，觀光公司的社長小田英明被人發現尸體吊在五重塔的尖端，就好像五重塔的傳說一樣，凡是破壞寺廟戒律，都會嘗到惡果。在對尸體及其周圍調查后，柯南找到了真正的案發現場。

柯南隨小五郎送園子和小蘭到山里的別墅，參加在網上認識的魔術愛好者見面會，在回家途中，柯南從收音機中聽到魔術愛好者的西山務在家被殺，而且還留下殺人將繼續的留言，之后小五郎和柯南急忙趕回去卻看到與山外唯一連接的橋正在燃燒，身患發燒的柯南沖入大火一個人到達別墅，很快第二個受害者濱野的尸體在雪地中被發現， 但周圍卻一個腳印都沒有。