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。

次日，暮目警官來到石本的公司詢問案件，石本說出了自己曾被平岡威脅的事，本以為案子就以認定平岡為兇手了結的時候，躲在社長室的柯南發現曾與幸子見面的男子從屋子里拿走了一個遙控器，而這名可疑男子其實是幸子的男朋友柴田健一。小五郎讓所有案件相關人員來到派對現場并說柴田就是兇手，可由于他的錯誤判斷，柯南只好再次將他麻痹以找出真兇。

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。

小五郎帶小蘭和柯南去日賣樂園游玩，正好碰上劇場演出，假面超人的表演橫跨整個樂園，可就在他表演從高空彈跳的動作時，腳踝的橡皮突然斷裂，假面超人的表演者西野掉落河中而死，這起案件乍一看是意外，但柯南注意到橡皮有灼燒的痕跡并非自然斷裂，于是推斷出這是謀殺，在對案發現場進行調查和相關人員的偵訊后，兇手浮出水面！

柯南注意到恐怖妖怪的頭上分別有「R」「L」「N」三個字母，并將數字時鐘上被劃痕分開的11：0結合起來，解開了屋內的謎題，在他的提醒下，小五郎也逐漸的明白了這些暗號的含義，到了夜晚，大家按照屋主留下的暗號，再次回到了鴿子時鐘下面，讓他們驚訝的是這次從時鐘里出現的不是妖怪而是……