當小五郎準備再度去詢問南里薰，卻在門外聽到她的慘叫，還不等小五郎沖進去，就從屋子里匆忙跑出了一個男子，幸運的是南里薰并沒有被殺害，醒來之后，南里薰說起了自己突然消失的男朋友安西，從小五郎的照片上可以看出，這個人也曾出現在米花飯店，這些原本不相識的人，因為這件古怪的命案被聯系了起來，柯南將安西、南里薰和美奈子一起找來，這兩起經過完美設計的命案，即將真相大白！

公演不能終止，可是主演蓮華卻還是沒有下落，情況緊急，小蘭自告奮勇決定暫時擔任輝夜姬一角。于是，少年偵探隊出動，他們和玉之助一起幫忙找人，期間還遇到為給歹徒送錢而被打昏的片岡秘書大貫，面對人財兩空的狀況，柯南能否找到蓮華？《竹取物語》又能否完美謝幕？

為了做天體觀測，阿笠博士帶著少年偵探隊來到一個坐落在深山里的旅館，期間結識了旅館老板天土，以及應邀而來的野之宮悅子、二川和御上。就在大家準備上山看星星的時候，居然發現了一具已經化為白骨的尸體，死者還故意留下了死亡訊息——六根煙頭，當晚，二川的尸體被少年偵探隊發現，并且他的手中也握著煙頭。

在趕來支援的FBI的幫助下，柯南他們將獨自駕駛摩托的水無包圍，然而，馬路上卻出現了一個撿球的小男孩，為不傷害小孩，水無出車禍受傷。另一邊，今恩在水無換下的衣物里發現了粘在鞋底的發信器和竊聽器，便臨時決定變更目標向米花鎮駛去，柯南察覺到他們的行動，意識到小五郎性命堪憂，也匆匆趕往米花鎮，而此時黑衣組織已經瞄準了小五郎……

牛迂的死因是喝了摻進氰化鉀的綠茶后中毒身亡。神奈川縣的橫溝警官發現裝著氰化鉀的瓶子翻倒在尸體下。然而牛迂打開了綠茶的瓶蓋后沒人再碰過，因而他斷定這是自殺案件。但柯南卻對此很懷疑。之后柯南發覺元太的舉止很古怪，于是調查三瀨等人的車內垃圾，找到了決定牛迂絕他殺的證據。犯人也最終承認了自己的罪行。