在一個相撲類派對上小五郎接到了石本誠二的委托，因為他收到了一封不明來路的恐嚇信，威脅要將他殺害，當會場燈光轉暗，來賓致詞時，高田議員經過石本的后面，居然有一發從控制照明室射出的子彈略過石本的肩膀，直接貫穿了高田議員的胸部，混亂中，柯南發現一可疑男子，但第二天，這名男子平岡治郎卻陳尸在一棟廢棄大樓里，原來大家都被真正的歹徒玩弄股掌。

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。

原來這個叫葉才三的人，就是二十年前「四億元強盜殺人案」的主謀，鮫崎和小武郎急忙趕到葉才三所在的101號房卻發現屋內空無一人，反而吵醒了睡在隔壁的服部，之后，大家找遍交響樂號也沒有發現葉才三的身影，如果挨過今晚，法律將不再追訴他們二十年前所犯下的罪行，葉才三和他的同伙也將恢復自由之身。十二點之后，甲板上傳出槍聲旗子也被人點燃，柯南發現了一張寫有奇怪語句的紙鈔，這時，船尾發生爆炸，而在這熊熊大火之中，隱約可見一具尸體。

柯南和從便利商店調查回來的高木警官交談的時候，注意到了門上的血，這時，美菜的未婚夫也帶病趕來，他說自己曾來找過美菜，但在門外等了半天也沒人開門，根據這些信息柯南知道了兇手誰以及她所謂的密室手法。但案件還未查清，小五郎就急著要去看演唱會，柯南看準時機將他麻醉，用變聲領結說出真相。

大樓下面已經被記者圍堵，目暮警官讓小五郎暫時引開記者的注意，自己好帶土方幸三郎和沖田離開，就在小五郎對記者透漏兇手是沖田時，柯南將他麻醉重新進行了推理，并指出兇手另有其人，而這個人就是正在警方掩護下準備離開的……柯南當著所有媒體的面揭穿了兇手并用找到的有力證據讓他認罪。