少年偵探隊本來是跟著阿笠博士一起出來露營，沒想到居然在森林中發現了一個鐘乳石洞穴，柯南四人立刻進洞探險，卻在這里碰到了一伙兒搬運尸體的歹徒，而柯南為了掩護大家逃跑中彈受傷，之后，便血流不止，元太背著柯南尋找出口，可身后的歹徒也循著聲音疾步追來，失去了柯南的指引，少年偵探團剩下的三人會采取什么樣的行動？

因為抽獎時抽到了一等獎，小五郎帶著小蘭和柯南來到位于深山的旅館。賓館的主人寺泉是愛車一族收藏了非常多的名車。在房間柯南無意中聽到了奇怪的對話，此時寺泉找到小五郎說明自己最近突然到了恐嚇信，希望小五郎能夠保護他一直到名車展示場的開業儀式。突然，出現了三位不速之客。原來寺泉通過不光彩的手段收購了他們的愛車。在車展的當天卻發現寺院死在了車上！

小五郎帶著小蘭和柯南來到“黃昏別館”，途中還偶遇了同是偵探的千間降代，當他們到達之后才發現，此次受邀前來的茂木遙史、大上祝善、槍田郁美和白馬探都是名偵探，而在這棟別墅內隨處可見陳年的血跡。在晚宴上，本以為能一睹這位別墅主人尊容的各位偵探卻掃興的發現，他居然頭戴面罩，并且還阻斷了所有道路，要求偵探們在這棟孤立無援的別墅內幫他尋找寶藏。

柯南得知了整個案件的真相之后，將小五郎麻醉并把旅店的所有人都叫到廚房，他首先請出了這起案件的關鍵——三郎，就在大家疑惑時，屋子里又出現了一只和三郎一樣的狗，柯南道出了連老板娘都不知道的隱情……解釋清楚三郎的事情后，接下來就是戳穿兇手，揭示真相的時刻，兇手根本就不是森林里帶黑色針織帽子的男子，相反的她就在這間旅店中，沒錯，兇手就是……

茂木認為小五郎是兇手而開槍將他射傷，當前來“黃昏別館”的所有名偵探都命喪黃泉時，電腦上居然出現了一行關于寶藏的信息，一直躲在監視器操控室的神秘幕后黑手終于按捺不住露出了真面目，沒想到這個人居然是……柯南引導她說出了整件事的真相，而這時，本應死去的偵探們居然都出現在門口，可到底是怎么回事？這棟別墅的寶藏又是什么？