這天是米花大學的校慶，小五郎作為畢業嘉賓帶著柯南，小蘭和園子前來參加。這是米花大學學生辻榮尊座邀請小蘭來幫忙看看僵尸表演是否到位。之后柯南，小蘭和園子在尊座和貴士的帶領下參觀了他們設計的絕叫病棟，就在被他們精湛的設計和表演嚇到的同時發現成員之一安菜沒有按計劃起身嚇人，走進之后發現安菜已經中毒身亡！隨著調查的深入，一個月之前橋口中毒身亡的事情也逐漸浮出水面。

白鳥警官記憶中的少女小林老師在煙火大會的夜晚目擊了一場謀殺案件，作為證人的她向白鳥警官提供了三條線索即兇手和死者爭執的聲音、疑似搬家公司的貨車以及兇手的背影，在警局接受偵訊的期間，小林老師無意中得知白鳥警官曾追求過和自己很像的佐藤警官，這個消息沉重打擊了小林老師，難道自己只是佐藤警官的替身？抱有這樣想法的她該如何面對白鳥警官。

看過澤南留下的死亡訊息后，柯南知道了兇手的真面目，但是在揭發真相之前必須要破解這兩個密室殺人的手法，于是，他獨自來到比良坂的死亡現場進行調查，并在這個房間內的花瓶上發現了海報碎片，這條關鍵的線索讓他恍然大悟，原來兇手制造密室所利用的工具竟是海報，為了說明真相，他拜托高木和千葉警官場景重現，當然，兇手就是那個人！

小五郎曾抓捕過的殺人犯富樫文孝，在假釋的第二天再次因為殺人被抓進了警局，小五郎深信決定重現做人的他不會再做出這種殺人的事情，便在偵訊室里勸導他說出真相，可是富樫卻一直保持沉默。另一方面，柯南和高木警官再次來到案發現場進行調查，根據目擊者的證詞以及附近便利店的監視影像，柯南發現事情的真相并非那么簡單，因為案發現場除了富樫還有另外一個人。

來到倫敦的柯南不小心以新一的身份向小蘭暴露在倫敦的事實，而此時柯南喝下了回國用的解毒劑暫時以新一的身份出現！在繼續調查的過程中小蘭從以前新一說過的話中得到啟發發現了人偶的秘密。而之后通過與新一電話中發現了更多的線索。這時小蘭和小五郎碰到了米奈芭小姐，在米奈芭和弟弟阿波羅的協助下小蘭留在教堂的紙片，而上面寫著的就是接下來的線索。