小五郎骨折住院，某天夜晚他看到對面的房間有殺人的黑影，匆忙趕去后，卻發現屋里什么都沒有，接下來的幾天，發生了同樣的事情，主治醫師白井說可能是因為疲勞而產生的幻覺，但柯南卻認為事件沒那么簡單，他陪夜的當晚也看到了殺人場景，兩人一起跑出去，當他趕到小五郎身邊時，卻發現小五郎已昏倒，旁邊還躺著已經死去的江藤醫生，小五郎就這樣糊里糊涂的成了「殺人兇手」……

委托人為表示感謝，招待小五郎三人溫泉旅行，他們在搭乘湯之山縣的列車上，遇到了兩名爭吵的醫生佐藤、伊達，期間伊達曾生氣離開。換乘休息的途中，警察在與湯之山線列車路線基本相同的花之街線列車上發現尸體，柯南洞察到伊達神情怪異有犯罪嫌疑，可他是怎么樣在兩趟不一樣的列車上游走殺人的？

柯南在朋友們去圖書館做讀書報告時，警察突然來詢問圖書館職員玉田失蹤一事，館長津川表示自己也不清楚，警察做了簡單的搜尋后離開。但少年偵探團留到夜晚做深入調查，期間館長曾鬼鬼祟祟的來過一次，等他離開后，大家發現館長在利用圖書館進行販毒交易，當他們找到被館長殺害的玉田的尸體時，沒想到館長也發現了他們，少年偵探團能否順利脫險？

新一請小蘭到米花中心大樓的高級餐廳吃飯，而且還表示有重要的事情要告訴小蘭，可是卻遲遲說不出口。就在此時突然傳出有人尖叫，原來是在電梯里面發現一名遭到槍殺的屍體。死者是在同大樓開電玩公司的社長辰巳泰治。知道新一對殺人案很好奇的小蘭，叫新一先去破案再說。當新一趕到現場時，警方已經到達，并且認為應該是為了搶錢而殺人。可是就只有新一認為案件沒這麼單純...

小川醫生這兩年來不斷收到未署名的錢和玩具，實在是不知道來歷，于是前往毛利偵探事務所求助。在柯南的提示下小五郎推理出玩具其實是中古品，而小蘭也因此開始懷疑起柯南的身份。在前往小川醫生工作的醫院調查過程中看到柯南翻閱病例的小蘭對柯南的懷疑也進一步加深。最終柯南在千鈞一發之際成功解救了小川醫生的孩子。而柯南也成功化解了小蘭的懷疑。