受園子的邀請，柯南、蘭、小五郎到輕井澤游玩。因為在森林中迷了路，所以決定在山里的一軒家借宿。在那里，遇見了白天見到的網球教練明石寬人。但是，夜里，卻發現了寬人的父親巖夫上吊的尸首。在柯南的提示下，警官也發現從尸體嘴里留下的不正常血跡。之后眾人還得知了石明三年前妻子去世的事情。而明石身上的疑團也越來越多。

警察局的小五郎案件調查被盜。迷般的黑色神秘組織也許就在附近。柯南懷疑杯戶市酒店也許還有皮斯克的同伴，收集情報的美國女演員克麗絲。同時柯南與平次為刺探可疑的外國女性、英語教師朱蒂的情報，一起去朱蒂的家里。就在這時從公寓上有名男性墜樓。就在暮目警官準備以自殺事件結案的時候平次指出了他殺的證據。

在聽取了觀野家主婦節子與她的婆婆彌生、以及事件前剛剛到訪的津曲水貴和三重仿春4人的供詞之后。柯南從女兒節人偶的排列方式上發現了事件的真相。在柯南的解說之下大家終于找到消失掉的卷軸。而藏起這個卷軸的正是老婆婆。她告訴眾人這幅卷軸的由來以及自己為了孩子賣掉卷軸的事情。而詛咒的卷軸的謠言也最終不攻自破了。

高木警官和佐藤警官瞞著警局里的同事們，偷偷在熱帶樂園的水世界見面，為了阻撓他們的約會，警局的同事們暗中搗鬼，安排柯南，光彥等人出現在他們面前，就在這個時候，高木警官原本裝有求婚戒指的包居然出現毒品，之后，他意識到這一定是在搭乘“海地五萬里列車”時被人調了包，柯南根據這個包包的肩帶判斷出他的主人是個左撇子，并根據當時所拍攝的照片和游客所填寫的信息表，將目標鎖定在一個叫高城登的人身上。

此次幽靈恐慌的第二天，柯南他們下榻的民宅的主人—永倉先生被人襲擊了。永倉先生雖然沒有生命危險，但是犯人是誰卻不得而知。警察以重要參照人為理由帶走了從在進行地球遺產登陸委員會那里派來的缺德調查官川治，但柯南卻發覺這其中不自然的地方，最終少年偵探團的各位找到了真正的犯人并將找出了幽靈少女的真相。