柯南在朋友們去圖書館做讀書報告時，警察突然來詢問圖書館職員玉田失蹤一事，館長津川表示自己也不清楚，警察做了簡單的搜尋后離開。但少年偵探團留到夜晚做深入調查，期間館長曾鬼鬼祟祟的來過一次，等他離開后，大家發現館長在利用圖書館進行販毒交易，當他們找到被館長殺害的玉田的尸體時，沒想到館長也發現了他們，少年偵探團能否順利脫險？

柯南、小蘭和小五郎碰帶了一個深情恍惚的少女，送去醫院檢查后，醫生說少女暫時失去記憶，幾人從僅有的信息中找到了她所住的飯店，柯南不停的詢問讓少女頭疼而跑出酒店，突然有一輛汽車迎面開來，但少女靈敏被避開，調查過程中柯南發現這名女子身手矯健總能避開危險，她到底是什么人？為什么總遭到襲擊？

某天小五郎偶遇了大木田社長并把自己的名片給了他。之后的晚上大木田突發心臟病身亡，而小五郎和小蘭，柯南為了配合調查也來到大木田的家里。在調查了現場之后柯南發現了大木田大量出汗的事實，而從現場外面的花和點心處發現了大木田死亡的真正的原因。之后柯南得知了社長和司機之間的矛盾后推理的方向也越加明確最終柯南以新一的身份告訴了暮目警官犯人的真實身份并抓獲了犯人。

兇手看似打破窗戶逃了出去，但柯南和服部發現兇手就在屋內，并且否定了兇手是老板的猜測，而剛才的停電也是人為的。期間，服部一直很在意柯南的種種反應，對柯南產生了懷疑。事件漸漸明晰，服部和柯南知曉了兇手是誰以及他殺死老板和綾子的手法。為了保護自己是工藤的秘密，柯南將服部麻醉說出真相，可讓他沒想到的是，就是這個舉動讓服部肯定了柯南就是工藤。

委托人為表示感謝，招待小五郎三人溫泉旅行，他們在搭乘湯之山縣的列車上，遇到了兩名爭吵的醫生佐藤、伊達，期間伊達曾生氣離開。換乘休息的途中，警察在與湯之山線列車路線基本相同的花之街線列車上發現尸體，柯南洞察到伊達神情怪異有犯罪嫌疑，可他是怎么樣在兩趟不一樣的列車上游走殺人的？