帝丹高中最近發生了不可思議的靈異事件，小蘭本想拜托小五郎調查卻被拒絕，所以由柯南出馬破解校園靈異事件之謎。期間，小蘭他們還遇到新出醫生，于是一行人在園子的帶領下首先來到了體育館，這里曾莫名的出現了兩年前就已死去的保坂的書桌，接著又來到了詭異的圖書館和導致保坂死去的樓梯，經過一圈查看，柯南已大致明白，就在這時，操場中間突然出現了保坂的書桌……

幸運的是兩人都沒有受傷，演出也能順利進行。然而，就在大家驚訝于華麗的舞臺和逼真的場景時，煙霧繚繞劇場內卻發生了命案，死者是話劇的男主角，案發時，新一立刻跑到舞臺上并在那里發現了手槍和空彈殼，之后又想起了出現在舞臺上的紅色瞄準線，但他卻不認為兇手是從觀眾席殺人，反而肯定兇手當時就在舞臺上，而嫌疑最大的就是和男主角糾纏不清的四名女演員。

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？

電視臺為了舉辦一場東西推理大對決，便邀請小五郎和服部一起來沖繩島。之后大家與電視臺的工作人員事先搭船到發現不明男尸與詭異文字的無人島，考察完畢準備返回時，卻在海灘上發現了被不明人士殺害的工作人員之一平良小姐，而在她的身旁還留下了一行讓人不快的字句，就在服部和柯南進行推理時，送他們來的船只和船長也消失了蹤影。

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。