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(hào)，在通過(guò)隧道的時(shí)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(fā)現(xiàn)了疑似歹徒的男人，這宗命案的過(guò)程簡(jiǎn)直跟柯南的爸爸工藤優(yōu)作一篇未發(fā)表的推理小說(shuō)一模一樣，期間一個(gè)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。

小蘭的班上轉(zhuǎn)來(lái)了一個(gè)叫伊東玉之助學(xué)生，受到他的邀請(qǐng)小蘭和柯南一行人來(lái)到他的劇團(tuán)參觀排練過(guò)程，柯南發(fā)現(xiàn)成員之間似乎有什么問(wèn)題，沒(méi)過(guò)多久一樁殺人案件發(fā)生了，案發(fā)時(shí)所有人正好都在舞臺(tái)排練，而且柯南等人就坐在觀眾席，那個(gè)逃過(guò)柯南和劇團(tuán)人視線犯案的兇手應(yīng)該就在其中。

柯南在死者村西真美家發(fā)現(xiàn)了四處疑點(diǎn)，在少年偵探隊(duì)的提醒和暗示下，高木終于知道了案件的真相，大家找到真兇用證據(jù)讓他承認(rèn)罪行。而另一邊，杯戶美術(shù)館則即將在市民的矚目和阿笠博士的熱帶彩虹炸彈中爆破，可佐藤警官和東田還在美術(shù)館內(nèi)，情況危急，佐藤警官真的會(huì)葬身美術(shù)館嗎？

找到兇器成了破案的關(guān)鍵，小五郎發(fā)現(xiàn)抽屜里的冰鎬少了一根，加之對(duì)大家物品的檢查認(rèn)定矢代就是兇手，可是柯南卻發(fā)現(xiàn)消失的冰鎬被用來(lái)固定植物了，繼而小五郎又認(rèn)定上森的兒媳熏兇手，熏指出這里的每個(gè)人都有殺人動(dòng)機(jī)并否定自己是兇手，到底誰(shuí)是兇手呢？這時(shí)，柯南從目暮警官和小五郎的談話中得到啟示，找到兇器之后，沒(méi)錯(cuò)，兇手就是那個(gè)人！

濱野是被兇手勒死放置在雪地中間的，他是怎么完成這種不可能的犯罪？在須鐮的提醒下，大家想起了沒(méi)有來(lái)參加的會(huì)員影法師，并認(rèn)為他最有嫌疑，期間，田中說(shuō)要上樓披件衣服，但突然從外面射入一支箭，與此同時(shí)浴室也遭遇同樣的情況，沖出屋外后，大伙在樹林了發(fā)現(xiàn)了十字弓和一些箭，柯南一邊詢問(wèn)大家濱野遇害時(shí)的情況，一邊對(duì)別墅進(jìn)行檢查，并在浴室窗戶下發(fā)現(xiàn)了訂書針，之后又受酒瓶上圖案的啟發(fā)，他知道了事情的真相！