小五郎因為中了彩票帶著小蘭和柯南一起享受可以在南紀白濱住上一晚的旅行，并在那里結識了寫生旅行的醫科大學學生新莊真紀，由良達彥，宮原加奈子，藤浩太，三井元，五人之間似乎有著復雜的關系。第二天毛利他們偶然遇見了藤浩。正巧慌張的三井給藤浩的手機打來了電話說三段壁的樹林里發現真紀胸口中刀被殺。而柯南發現散落在現場鑰匙的疑點。

在收集線索時，柯南并沒有像以前一樣提出很多的質疑，反而竭盡全力的反駁服部的推測，之后他們在某個房間里發現了本不該出現在這里的拖把，有了這樣東西，兇手的犯案手法就完全被破解了，但柯南仍然不甘心自己的這種猜測，于是他想要找到能推翻自己想法的證據，然而，事與愿違，越是深究事情就越是向自己不愿承認的方向發展，面對如此不可置信的真相，柯南又該作何選擇？

神秘女子池波女士尋找的中學同學柴田手里握著照片被殺，小五郎等開始向相關者訊問而柯南也弄明白了柴田手握照片的含義。“沉睡的小五郎”當眾點破了池波女士的眾多謊言但卻判斷兇手另有其人。而兇手留下的鐵證就留在罪犯的手上，鐵證面前犯人最終承認了罪行，但在犯人準備自我了結的時候被池波攔下，而池波女士的身份也最終揭曉。

為了救被綁架的詹姆斯，少年偵探團努力推理他留下的“P&A”的意思。步美把自己的偵探徽章留在了詹姆斯那里使眾人得到了詹姆斯的鎖在位置。他們還得到了佐藤警官等的幫助，向犯人發起追擊。而經過推理，柯南領會到詹姆斯信息原來指的是自己被綁架到假冒的警車之中。而為了確保詹姆斯的安全，柯南眾人采取了非常的營救手段。

柯南將小五郎麻醉并召集島上的所有人，準備將真相公之于眾，但遲遲未見和葉和服部的身影，在警察的催促中，柯南只好開始對整個案件進行推理，雖然門脅和祿郎最有可能犯案但柯南卻首先排除了他們二人的嫌疑，而當他指出真兇時，在座之人無一不感到震驚，這時，自救成功的服部及時趕到推理現場，更是說出了一個讓兇手都意外的事實。