為了慶祝由貴的朋友澤口圭子的生日和留學而召開了慶祝派對，小蘭，柯南和小五郎也被邀請參加。除此之外參加者還有圭子，還有富堅順司和野中一樹。但是在派對開始不久，喝下葡萄酒的圭子卻突然倒下！警方在檢查圭子的酒杯后發現毒藥，而下毒的方法卻成了謎題。柯南在充分調查之后最終發現了犯人下毒的手法。

柯南、小蘭、小五郎在吃完法國料理后回家的路上，碰巧看到了在西須三田車站的吵架現場。而之后那個中年男子在爭斗中從站臺掉下下去當場死亡。根據目擊者以及當事人的證詞警方都認定是意外，但只有柯南注意到了隱藏在意外背后的不自然的地方，而在調查了犯罪現場后柯南終于揭開了案件的真相。而兇手也承認了因為女朋友遇到車禍而報復殺人的事實。

柯南他們與正在公園找尋東西的高木刑事相遇。原來他在這里調解吵架后，不小心把遺失了警察手冊。高木刑事調解的當事人之一是無名的歌手半崎，好象就住在公園附近。柯南他們分頭找尋半崎，卻不見他人影。正要放棄時半崎在公園里出現。柯南眾人發現半崎的疑點，在偵查推理之后眾人救下了顯遭殺害的杉山。高木也找回了自己的警察手冊。

高木警官和佐藤警官瞞著警局里的同事們，偷偷在熱帶樂園的水世界見面，為了阻撓他們的約會，警局的同事們暗中搗鬼，安排柯南，光彥等人出現在他們面前，就在這個時候，高木警官原本裝有求婚戒指的包居然出現毒品，之后，他意識到這一定是在搭乘“海地五萬里列車”時被人調了包，柯南根據這個包包的肩帶判斷出他的主人是個左撇子，并根據當時所拍攝的照片和游客所填寫的信息表，將目標鎖定在一個叫高城登的人身上。

在柯南與少年偵探團的孩子們及阿笠博士看比賽歸途的電車內，支持者赤野被殺。犯人確定在3個人之中。卻沒有決定性的線索。柯南從哀收看的比賽轉播中得到提示，看穿了犯人的謊言。并揭穿了犯人其實沒有看比賽只是通過廣播收聽比賽過程的謊言。而犯人也道出了為被赤野殺掉的弟弟報仇的動機。而此時柯南發現灰原遠離人群，追過去后只看到列車奔馳而去？