學校里最近發生了很多詭異的事情，而且教導主任在沒請假的情況下也消失了好幾天，當柯南向老師和校長問及此事時，大家也都避而不語，為調查真相少年偵探團夜探帝丹小學，附有學生名字的娃娃，移動的人體模型，窗戶后面的黑影，樓梯上的煙霧和扶手上的紅色顏料，以及自己班級里突然出現的十幾個黑影，雖然這一切看似撲朔迷離，但是真相只有一個。

小蘭的班上轉來了一個叫伊東玉之助學生，受到他的邀請小蘭和柯南一行人來到他的劇團參觀排練過程，柯南發現成員之間似乎有什么問題，沒過多久一樁殺人案件發生了，案發時所有人正好都在舞臺排練，而且柯南等人就坐在觀眾席，那個逃過柯南和劇團人視線犯案的兇手應該就在其中。

收到市川產業的會長的委托而且參加了在會長家開的party的小五郎他們，為了確定公司的繼承人調查了會長的女兒們。在柯南跟蹤一重小姐時卻不慎被人暈倒，當他起來趕往會場的時候市川卻因為突發心臟病倒地身亡。但市川真的是因為突發心臟病死亡卻引發了市川的女兒們的爭論。而從包里搜出的注射器的一重也成為了頭號嫌疑犯。但在柯南推理下最終發現了真兇的身份。

對暗號進行仔細研究后，柯南將其破解，順著暗號的指引，他們找到了暖爐下新的圖案，只是這個暗號指向了盤子，一切又回到了原點，柯南百思不得其解，之后，他注意到這些帶有暗號物品的擺設位置，將他們連成一線，沒錯，機關就是天花板上的吊燈，將吊燈旋轉后，二樓的密室被打開，然而這個閣樓上居然有一堆白骨！

濱野是被兇手勒死放置在雪地中間的，他是怎么完成這種不可能的犯罪？在須鐮的提醒下，大家想起了沒有來參加的會員影法師，并認為他最有嫌疑，期間，田中說要上樓披件衣服，但突然從外面射入一支箭，與此同時浴室也遭遇同樣的情況，沖出屋外后，大伙在樹林了發現了十字弓和一些箭，柯南一邊詢問大家濱野遇害時的情況，一邊對別墅進行檢查，并在浴室窗戶下發現了訂書針，之后又受酒瓶上圖案的啟發，他知道了事情的真相！