小五郎繼續參加預定開始的連句會。句會中八木澤因現場遺落的自己的物品而作為嫌疑犯被捕。聯句中柯南發現連句中隱藏的信息，推理出犯人但最終“沉睡的小五郎”揭穿犯人的不在場證明。原來犯人在連句的時候變寫下了挑釁的“自白”連句。而不在場證據也因為隱藏在灌木叢下的攝像機而失效。而證據便是犯人的鞋子。

就在柯南和服部調查時，小蘭與和葉又親眼目睹了一起命案的發生，死者是旅行團中的片桐，服部剛想要仔細調查，就被自己的老爸教訓一番，可這反而激起了服部想要調查真相的欲望，柯南和服部根據手頭的線索和嫌疑人的供詞，推斷出了兇手，于是兩人暗中尾隨糟屋到一個破舊的工廠，然而螳螂捕蟬黃雀在后，柯南被不明人士挾持，這些人到底是誰？服部能順利找到兇手嗎？

神秘女子池波女士尋找的中學同學柴田手里握著照片被殺，小五郎等開始向相關者訊問而柯南也弄明白了柴田手握照片的含義。“沉睡的小五郎”當眾點破了池波女士的眾多謊言但卻判斷兇手另有其人。而兇手留下的鐵證就留在罪犯的手上，鐵證面前犯人最終承認了罪行，但在犯人準備自我了結的時候被池波攔下，而池波女士的身份也最終揭曉。

雖然對現場進行了調查，但警方無論如何都找不到決定性的證據，束手無策之時，小五郎提出了他的自殺論，并且得到了目暮警官的認同，就在警方準備以自殺結案時，話劇中的黑衣騎士突然出現，在否定了自殺論之后，他摘掉面具，而面具下面正是那張讓小蘭朝思暮想的面容，沒錯，真正的工藤新一登場，在進行了一番精彩絕倫的推理后，他卻再次昏倒……

少年偵探團在放學的途中發現勾在S形鉤子上的結婚戒指。光彥說這是某個人的SOS的求救信號，少年偵探團的成員們開始搜索現場正在建的公寓。雖然中途誤會了島明夫婦，但是在大家的搜查下，柯南最終發現戒指的真真含義和“上原美里”的疑點。獨自面對犯人的柯南再次使用麻醉針逃離危險并救出被囚禁的上原美里。