委托人為表示感謝，招待小五郎三人溫泉旅行，他們在搭乘湯之山縣的列車上，遇到了兩名爭吵的醫生佐藤、伊達，期間伊達曾生氣離開。換乘休息的途中，警察在與湯之山線列車路線基本相同的花之街線列車上發現尸體，柯南洞察到伊達神情怪異有犯罪嫌疑，可他是怎么樣在兩趟不一樣的列車上游走殺人的？

當晚發生殺人案件的書房是完全的密室，而屋外的雪地上也沒有腳印。犯人是怎樣到書房的呢？在大家都將兇嫌箭頭指向搞外遇的妻子和情夫時，柯南卻看出破綻。一樁多年前的恩怨所埋下了憤恨的殺機的事實漸漸浮出了水面。最終柯南發現了兇手的犯罪手法并將其公之于眾，而兇手也最終承認了因為妹妹的去世而起殺念的事實。

小五郎錄制全日本偵探社的錄制節目時，制作人諏訪被射殺，主持人松尾的嫌疑最大，因為他是射擊高手，并且他曾在播放偵探短片的四分鐘內離開過攝影棚，但柯南怎么也想不明白，他是如何在這么短的時間內往返于九樓和四樓之間，在了解了大樓構造后，柯南終于明白了兇手的伎倆，他麻醉了小五郎并借來攝像機，向全國實況轉播了小五郎的推理秀。

這時，二樓傳來老師們的慘叫，柯南和小蘭跑上去發現下田被人勒死，柯南立即開始找兇器，但并未找到，唯一能確定的是，兇手就在中村、米原和坂井之間，接下來的搜尋中，柯南在下田脖子上發現了頭發，兇手就是那個人！可是該通過誰之口揭穿兇手呢，園子昏睡不了解案情，正值苦惱之時，他想到以工藤的的身份讓小蘭用便攜電話說出真相，而小蘭卻在得知真相后痛哭不已。

清潔公司的董事藤井被樓上掉下的重物砸死，警察在尸體旁邊發現了一個沒有指紋的口風琴，柯南認為這并不是簡單的意外事件而是謀殺，警察去清潔公司社長中山的辦公室進行調查時，這里的監視器引起了柯南的興趣，在對監視器進行了簡單的操作后和攝影內容簡單回查后，兇手浮出水面。