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。

小五郎，柯南和小蘭三人在前往泡溫泉的路上遇到了一起交通意外，其中駕駛紅色車子的速水當場死亡，另一位車主車谷整司則身受重傷，據當地交警說發生車禍的原因可能是因為沖撞路線現象，但柯南卻并不認為這是單純的交通事故，因為他之前曾在便利店見過這兩輛車子，當時明明是開往不同的方向為什么會如此巧合的發生相撞，調查之后，事情果然如他料想一般，這是一起有預謀的殺人案。

警方在將這三個嫌疑人分開偵訊之后，又在死者的包里發現了一把手槍和強盜集團百鬼夜行留下的字條，并從小島權作的秘書那里得知，他舉辦此次活動是為了尋找殺死自己愛犬的同叫小島的強盜頭目，于是柯南利用與死者相同的方法找出兇手，雖然證據被銷毀，但他巧施妙計讓兇手自己主動承認了罪行。

柯南、小蘭和小五郎在百貨公司吃飯的時候，結識了樂隊吉他手中村悠介，之后，小蘭和他一起去地下室拿取CD，沒想到竟然在休息室看到了主唱渡邊友紀子的尸體，警方立刻展開調查并且對樂隊其他人進行偵訊，每個人都有殺人的動機和嫌疑，就在他們互相指責懷疑之時，柯南在八樓發現了關鍵性的線索，兇手果然就是那個人！

案件終于有了眉目，就在柯南和大和針對謎題展開討論時，高明從昏迷中蘇醒，三人一起計劃了一出空城計。他們故意對三個嫌疑人放出關鍵信息，引誘他前去直木司郎家找重要的證據，果然不所料兇手暗中潛伏在直木司郎家附近，為了讓狡猾的他放松警惕，柯南聯合小蘭、大和等人上演了一場能證明周遭沒有警察的犯罪戲碼，引誘兇手自投羅網。