阿笠博士和少年偵探團在河灘看螢火蟲的時候，垂水打電話給運來螢火蟲的中嶺，不想電話的另一邊卻傳來痛苦的呻吟聲，于是大伙兒匆忙驅車趕往事發地點，到達時中嶺已經在自己的車子里停止了呼吸，在他的旁邊還有一瓶有毒的飲料，有四人具有犯案嫌疑小和田道武以及他的女兒小葵、垂水和達馬，就在鳴龍梳理案情時，柯南注意到了元太從垂水車上拿的手電筒，這正是破案的關鍵！

來到倫敦的柯南不小心以新一的身份向小蘭暴露在倫敦的事實，而此時柯南喝下了回國用的解毒劑暫時以新一的身份出現！在繼續調查的過程中小蘭從以前新一說過的話中得到啟發發現了人偶的秘密。而之后通過與新一電話中發現了更多的線索。這時小蘭和小五郎碰到了米奈芭小姐，在米奈芭和弟弟阿波羅的協助下小蘭留在教堂的紙片，而上面寫著的就是接下來的線索。

警方將犯案嫌疑鎖定在三個人身上，偵訊中警察發現他們都對唯利是圖的死者恨之入骨，之后，小林老師魂不守舍的聽完了其中兩人的錄音但表示這都不是兇手的聲音便匆匆離開了警局。次日，白鳥警官主動來到帝丹小學向誤會他的小林老師表明心跡，不想卻遭到了拒絕，當晚，情緒低落的小林老師一人在學校值班，然而，危險卻悄悄向她逼近……

某天小五郎突然接到了出演節目的邀請，而帶著小五郎和柯南來到電視臺休息室的小五郎卻沒有見到作為答題嘉賓的洋子小姐。在拜訪堺校長的時候小五郎他們遇到了同樣來找堺校長的君島。君島帶來了自己的清朝瓷器藏品來希望能夠讓本間老師來鑒定。而就在彩排時君島突然發現自己的藏品不見了！而柯南則推理出犯人仍然將花瓶留在電視臺！

大和警官和柯南等人立刻找到剩下的三個嫌疑人展開詢問，可是每個人都有不在案發現場的證明，與此同時，只身一人在公館思考赤壁之謎的高明遭到了兇手的襲擊，在失去意識之前他向大和傳了一條“孔明之死”的訊息，當柯南他們趕到公館后這里已是熊熊大火，所幸上原由衣及時將高明救出，把他送到醫院的時候，小蘭對醫生們不同顏色的衣服表示好奇，而這個問題正好給了柯南和大和提示，讓他們破解了赤壁之謎！