少年偵探隊為準備兒童大會要表演的布偶戲，隨一個叫海部大學生去霧之丘高原進行特訓，可是當晚柯南發現同他們一起來的小朋友和相應的布偶都不見了，就在柯南和光彥去二樓進行調查的時候，元太和步美也突然失去了蹤影，因為電話線被不明人士割斷，兩人跑到離這里最近的另一家民宿，卻看到……

在一個相撲類派對上小五郎接到了石本誠二的委托，因為他收到了一封不明來路的恐嚇信，威脅要將他殺害，當會場燈光轉暗，來賓致詞時，高田議員經過石本的后面，居然有一發從控制照明室射出的子彈略過石本的肩膀，直接貫穿了高田議員的胸部，混亂中，柯南發現一可疑男子，但第二天，這名男子平岡治郎卻陳尸在一棟廢棄大樓里，原來大家都被真正的歹徒玩弄股掌。

在流水亭吃飯的時候，柯南再次遇到謀殺案件，死者是繩文大學的新井副教授，同行的兩人金田和巖間表示他們是為了慶祝新井晉升才來流水亭，調查后并沒有發現可疑人物出現在新井遇害的八號房，而當時金田和巖間也都有不在場證明。但一切瞞不過柯南的眼睛，在查看了金田和巖間所在的三號房和送飯用的船只后，找到了兇犯難以逃脫的鐵證。

在甲板船頭的尸體不是別人，正是讓大家誤認為已經死亡的蟹江，之后，柯南又在船的外圍發現繩索梯子，這說明蟹江一直藏身于此伺機而動，并且柯南還在船頭欄桿上發現了剝落的油漆和燒焦的痕跡，將所有的線索串聯起來，兇手漸漸浮出水面，這時，柯南接到一通電話，原本很擔心平次的他卻突然對小蘭調侃起了服部，服部是否真的平安？這件與二十年前案件相關的兇案真相到底是什么？

為了找尋灰原存有藥物資料的磁盤，柯南一行找到了她姐姐明美的老師廣田教授，趕到時卻發現教授死在一個密封的室內，經過鑒識認定是后腦勺遭到重物撞擊而死，但這其實是一件蓄意殺人案，可疑人物鎖定在白倉、細矢和盛岡三人身上，就在柯南的推理遇到瓶頸時，灰原的一句話點醒了他，他用阿笠博士的聲音道出真相。