柯南等人在警視廳鑒證連續發火現場遺留的紅馬現場照片，發現其中1張紅馬上有“兔”字，由此推出“紅馬”是三國志中出現的赤兔馬。另一方面，古董品店長玄田隆德到訪諸角宅，由于他打算送給諸角亮子的塑像是騎乘著赤兔馬的關羽，玄田的名字引起了搜查線上的注意。在一系列的推理調查之后玄田被捕了，但柯南和平次卻發覺了這其中的異樣。最終在柯南和平次的聯手調查下犯人的真面目慢慢浮出水面。

警方對鱒渕進行偵訊，而當時他卻并沒有不在場證明并且之前他曾與船木發生過爭吵，所以警方認定他就是兇手。另一邊，少年偵探隊也展開了調查，柯南注意到來往這里火車，認為發現尸體的地方并不是案發的第一現場，于是大家順著軌道，找到了船木的照相機，并且從附近警衛的口中得知鲇川也曾來過大橋，可是，如果兇手真的是她，那她殺害船木的動機以及她的手法到底是什么？

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？

但是覆面角斗士狼人的對手永瀨豹太在休息室被發現。從犯罪時拍攝下來的錄像帶里目暮警部判定以狼人、牛込嚴、佐熊浩之、野狼4名角斗士為嫌疑犯進行詢問。另一方面，柯南看到錄像帶里拍到的犯人的后腦，注意到不自然的地方并由此推斷出了兇手的真實身份。而正因為對于面具的不適應暴露了兇手的真實身份。錄影帶里的證據面前兇手最終承認自己的罪行。

和葉與小蘭在廚房找食物的時候，柯南和服部也出現在那里，并且兩人又在椅子下面發現了奇怪的名字，絞盡腦汁想要破解這些文字含義的柯南與服部兩人卻因為和葉無意中的一句話而茅塞頓開，雖然知道了兇手是誰，但卻找不到決定性的證據，于是二人設下圈套讓兇手自投羅網，一切都按計劃進行，兇手果然有所行動，可他卻不知道等待他的是兩名偵探！