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，在通過隧道的時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現了疑似歹徒的男人，這宗命案的過程簡直跟柯南的爸爸工藤優作一篇未發表的推理小說一模一樣，期間一個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。

小五郎因趕著去看洋子演唱會，從樓上摔下而骨折，和他同病房的有一個老人和因車禍受傷的年輕人。某天，柯南和朋友們去醫院看望小五郎時，碰見老人的兒子關口，當大家討論起近期發生的銀行搶劫案時，關口和同病房的年輕人都神色怪異，注意到這點的柯南，暗中觀察得知關口被那伙銀行強盜威脅，但最終在柯南和少年偵探團的幫助下，關口的女兒得以解救。

某天，小說家任太朗的女兒香保里來到小五郎的事務所，拜托他找兩個月前留下紙條就突然失蹤的父母，可奇怪的是任太朗每個星期連載的小說卻會按時傳真到出版社，于是，柯南一行人趕到出版社，看到任太朗的原稿后，大家找到了幾點難以理解的部分，然而這些就是拯救任太朗的主要線索，柯南從小說中讀出了任太朗留下的消息，但歹徒的目的到底是什么？

小蘭和柯南潛水的時候，發現了一名女子的尸體，鎮上的驗尸醫生田中認為這是一起自殺事件，但被害人的朋友卻口口聲聲說一定是田中殺的，原來田中為和院長女兒訂婚而拋棄了死者，雖然田中的嫌疑最大，但是他卻有不在場證明，小五郎干著急沒辦法，而柯南則從撿垃圾的爺爺那里找到了一個破洞的游泳圈，并用空瓶子做了個簡單試驗，犯人的手法他已完全明白。

柯南等人搭乘環形電車的時候，突然從二號車廂里傳來慘叫，一名女子橫尸車廂，發現尸體的是死者的三名同事，柯南注意到死者耳朵發黑并且有被針狀物刺過的痕跡，由此推斷是被人毒死的，警察趕到后對死者的三名同事進行偵訊并檢查了他們的物品，柯南發現其中一人物品很是可疑，沒錯，兇手就是她！柯南已將謎底已經解開。