當大家趕到神像處時，榮造早已氣絕身亡，聞訊趕來的警察也迅速介入調查，當前唯一可以確定的是，兇手就在當時搭乘纜車的人之中，柯南注意到了山下的工人休息室便趁大家不注意的時候跑去調查，卻在這里發現……有了這樣東西，一切謎題迎刃而解，他提出讓大家再次搭乘纜車以場景重演的建議，并麻醉小五郎說出了事情的真相。

柯南他們接受了委托，決定去解開似乎與穿紅色夾克衫的自殺者有關聯的公文包之謎，在去葵屋旅館的途中，遇見了山村刑警于是一起前往。小五郎等人到達旅館后，卻聽說已經有個自稱“毛利小五郎”的人先到了旅館，不久之后卻發現假冒的小五郎在自己的屋子里上吊死亡了。而在死者的隨身物品中有一份過期的報紙和夾在其中的頭發，在柯南的提示下小五郎解開頭發的秘密慢慢接近真相。

備前千鶴在飯店房間里上吊，因而被眾人認為是自殺。在柯南的啟發下小五郎發現千鶴是他殺的肯能性。在警方的詢問下眾人都有殺害千鶴的肯能。在調查飯店的屋頂之后柯南發現了犯人飛翔一般的作案手法和留下的證據。在證據面前兇手最終承認了罪行，同時道出了和千鶴和自己弟弟的過往以及殺害她的原因。

砂岡被槍殺了，來福槍在山里被發現所以認為是外部的人干的。但是有疑點，柯南在詢問了小五郎之前與砂岡的電話內容之后明白了明白山莊里的人物也可以殺人后，柯南發現了散落的玻璃碎片，明白了犯罪的手法。再一次的借毛利小五郎的身份指出了犯人。而犯人的計劃也因為鞋子上粘到的玻璃碎片宣告失敗。

小五郎繼續參加預定開始的連句會。句會中八木澤因現場遺落的自己的物品而作為嫌疑犯被捕。聯句中柯南發現連句中隱藏的信息，推理出犯人但最終“沉睡的小五郎”揭穿犯人的不在場證明。原來犯人在連句的時候變寫下了挑釁的“自白”連句。而不在場證據也因為隱藏在灌木叢下的攝像機而失效。而證據便是犯人的鞋子。