小五郎帶小蘭和柯南去日賣樂園游玩，正好碰上劇場演出，假面超人的表演橫跨整個(gè)樂園，可就在他表演從高空彈跳的動(dòng)作時(shí)，腳踝的橡皮突然斷裂，假面超人的表演者西野掉落河中而死，這起案件乍一看是意外，但柯南注意到橡皮有灼燒的痕跡并非自然斷裂，于是推斷出這是謀殺，在對案發(fā)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查和相關(guān)人員的偵訊后，兇手浮出水面！

少年偵探隊(duì)為準(zhǔn)備兒童大會(huì)要表演的布偶戲，隨一個(gè)叫海部大學(xué)生去霧之丘高原進(jìn)行特訓(xùn)，可是當(dāng)晚柯南發(fā)現(xiàn)同他們一起來的小朋友和相應(yīng)的布偶都不見了，就在柯南和光彥去二樓進(jìn)行調(diào)查的時(shí)候，元太和步美也突然失去了蹤影，因?yàn)殡娫捑€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……

柯南在死者村西真美家發(fā)現(xiàn)了四處疑點(diǎn)，在少年偵探隊(duì)的提醒和暗示下，高木終于知道了案件的真相，大家找到真兇用證據(jù)讓他承認(rèn)罪行。而另一邊，杯戶美術(shù)館則即將在市民的矚目和阿笠博士的熱帶彩虹炸彈中爆破，可佐藤警官和東田還在美術(shù)館內(nèi)，情況危急，佐藤警官真的會(huì)葬身美術(shù)館嗎？

破解密碼后，元康留下的線索居然是……案件解決之后，小蘭找借口把柯南帶到了工藤家，并戳穿柯南就是新一的身份，這時(shí)，工藤的母親有希子從美國回來，在她的幫助下，柯南逃過了小蘭的質(zhì)問。 次日，有希子帶柯南來到鄉(xiāng)下，原來她是受兒時(shí)朋友廣美所托，來鑒別剛從巴西回來的叔父義房的「真假」，晚上，義房說他早就知道大家的懷疑，并從身上拿出一封恐嚇信。

柯南，小蘭和小五郎一行三人搭乘開往北海道的特快列車北斗星三號(hào)，在通過隧道的時(shí)候珠寶商人出云被人槍殺，兇手將車窗射穿跳出車外逃跑，之后警方又在隧道之中發(fā)現(xiàn)了疑似歹徒的男人，這宗命案的過程簡直跟柯南的爸爸工藤優(yōu)作一篇未發(fā)表的推理小說一模一樣，期間一個(gè)言行奇怪的女人引起的柯南的注意，在柯南揭穿她的謊言后，她終于暴露了身份。