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。

柯南等人通過電訊公司查到了三個可疑人士，之后，他們又分別向當時不明人打電話的出處進行確認，最終將目標鎖定在一家以推理家命名的店，店主說當時打電話的是一個帶著墨鏡常來光顧的客人，于是，柯南等人迅速趕往此處，正巧遇到了這名客人，就在小五郎要上前詢問時，柯南將他麻醉，把事情的來龍去脈說的一清二楚，并利用小孩子的身份，從墨鏡男口中騙取了這個手機的號碼，警方順藤摸瓜，找到了手機主人的住處，還發現了有關賄賂的賬簿。

此次幽靈恐慌的第二天，柯南他們下榻的民宅的主人—永倉先生被人襲擊了。永倉先生雖然沒有生命危險，但是犯人是誰卻不得而知。警察以重要參照人為理由帶走了從在進行地球遺產登陸委員會那里派來的缺德調查官川治，但柯南卻發覺這其中不自然的地方，最終少年偵探團的各位找到了真正的犯人并將找出了幽靈少女的真相。

幸運的是兩人都沒有受傷，演出也能順利進行。然而，就在大家驚訝于華麗的舞臺和逼真的場景時，煙霧繚繞劇場內卻發生了命案，死者是話劇的男主角，案發時，新一立刻跑到舞臺上并在那里發現了手槍和空彈殼，之后又想起了出現在舞臺上的紅色瞄準線，但他卻不認為兇手是從觀眾席殺人，反而肯定兇手當時就在舞臺上，而嫌疑最大的就是和男主角糾纏不清的四名女演員。

因為歹徒在炸彈上裝了竊聽器，可以聽到他們的一舉一動，只要他們一逃走，歹徒就會馬上引爆炸彈，于是，柯南建議將炸彈拆除，期間，他突然想起了關于另外一枚炸彈的線索，便和高木警官稍作商量，為正在竊聽他們的歹徒演上一出戲，眼看炸彈上的時間一點點流逝，柯南和高木警官能否瞞過歹徒安全逃脫？而另一邊，目暮警官在天橋上將爆炸狂逮捕，他是如何得知歹徒的位置，又是根據什么推斷出另外一枚炸彈的位置呢？