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。

服部和女友和葉受人委托前往鳥取縣傀儡嶺的武田家，但卻在途中迷路，還遇到了一位叫羅伯泰勒的外國人，這時，同樣受到武田家的邀請，為他們解開傀儡嶺蜘蛛之家謎團的柯南等人剛好從旁邊經過，在他們到達的當天晚上，武田家的長子信一在木偶倉庫的二樓吊死，接著和葉的身后出現了可疑的人影。

少年偵探隊為準備兒童大會要表演的布偶戲，隨一個叫海部大學生去霧之丘高原進行特訓，可是當晚柯南發現同他們一起來的小朋友和相應的布偶都不見了，就在柯南和光彥去二樓進行調查的時候，元太和步美也突然失去了蹤影，因為電話線被不明人士割斷，兩人跑到離這里最近的另一家民宿，卻看到……

尸體被燒焦，根本無法辨識他的身份，只能從穿著姑且判斷是蟹江，柯南發現這具尸體整過容，并推斷出龜田和鯨井也是葉才三搶劫殺人案的同伙，當大伙趕到龜田的房間時，卻發現他也消失不見了，柯南和服部推理出現分歧兩人決定各自行動，可在調查期間服部遭遇危險，沒過一會兒，甲板上再次響起槍聲，心虛的鯨井決定交代一切，這時，鯨井突然被不明人士射傷，鮫崎趕到甲板時卻看到……

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……