阿笠博士帶著少年偵探團到深山里挖竹筍的時候，車子突然出現故障，柯南等人被迫留在深山之中。為了避雨而來到這里別墅區的少年偵探團被一陣鋼琴聲所吸引，于是，大伙兒進入這棟別墅，雖然這里有人生活的痕跡卻沒有看到半個人影，而且留在現場的日記還寫著可怕的內容，之后大家決定找出日記中出現的被綁架男孩，這時，屋內突然停電，伴隨著少年偵探團的恐慌鋼琴聲再次響起。

警方將犯案嫌疑鎖定在三個人身上，偵訊中警察發現他們都對唯利是圖的死者恨之入骨，之后，小林老師魂不守舍的聽完了其中兩人的錄音但表示這都不是兇手的聲音便匆匆離開了警局。次日，白鳥警官主動來到帝丹小學向誤會他的小林老師表明心跡，不想卻遭到了拒絕，當晚，情緒低落的小林老師一人在學校值班，然而，危險卻悄悄向她逼近……

警察并沒有在三個嫌疑人的家中發現有同款紐扣的衣服，而且在三天的酉日集市期間，他們都有無法連續犯案的證明，這時有消息說被害人益子蘇醒，然而他卻表示自己完全不記得在昏倒前所留下的線索。因為掌握不到確實的證據，警察只好讓嫌疑人先行離開，柯南推理遭遇瓶頸，這時，小蘭、園子和小五郎的談話給了他啟示，兇手就是那個人！

來到倫敦的柯南不小心以新一的身份向小蘭暴露在倫敦的事實，而此時柯南喝下了回國用的解毒劑暫時以新一的身份出現！在繼續調查的過程中小蘭從以前新一說過的話中得到啟發發現了人偶的秘密。而之后通過與新一電話中發現了更多的線索。這時小蘭和小五郎碰到了米奈芭小姐，在米奈芭和弟弟阿波羅的協助下小蘭留在教堂的紙片，而上面寫著的就是接下來的線索。

就在光彥撥通報警電話之時，檢查的工人以小哀作為威脅，沒有辦法下光彥掛斷了求救電話。犯人們商議著要放棄贖金處理掉一切，少年偵探團的各位陷入了危機，就在這時步美注意到柯南發出的信號，按照指示給依次給步美，柯南，元太和阿笠博士的手機打電話來分散犯人的注意力，但因為聲音太大反而引發了犯人的注意。而此時犯人也發現了孩子們的計謀開始尋找光彥他們，柯南利用麻醉槍也終于制符了犯人們。