就在警方和小五郎集中精力思考兇手是如何調換毛巾時，柯南卻重返飯桌，回憶當時自己為拿醬油和辣油轉旋轉桌面時的場景，這時他突然想到或許兇手根本就不是用有毒毛巾殺人的可能，在向鑒識人員確認了自己的想法后，兇手浮出水面，他讓所有人都按照案發時的位置做好，并重現當時的場景，而兇手卻在不知不覺間自己露出了馬腳。

懷疑小蘭的高中英語教師朱蒂是黑衣組織的成員而拜訪公寓的服部平次與柯南，遇上朱蒂隔壁房間的主人高井墜樓摔死的案件。確信密室狀態的臥室從窗戶墜落的高井不是自殺而是他殺的兩人，在臥室調查中的平次接到和葉從大版打來的電話而明白犯罪手段的平次加上高井留下的證據。兩人向目暮警官建議在臥室重現案發。

發燒的小哀醒過來發現阿笠博士倒在了電腦之前，正當小哀以為教授被黑衣人殺害的時候發現只是誤會。之后柯南，小哀和阿笠博士去拜訪了哀的父親宮野博士的朋友出島。他們認為他可能多少知道一點黑暗組織的以及哀父親的行蹤，但是出島也已經30多年沒和宮野博士碰頭了。但是就是最近宮野博士女兒明美曾來拜訪過，正當柯南，小哀尋找明美留在這里的物品時出島卻意外死亡！

無法渡海，大家只能暫時待在鎮長家的廢棄別墅里，然而干坐在這里等救援還不如對這棟房子進行一番調查，于是 ，大家就分組行動，柯南和服部等人在一樓的房間里發現了鎮長和他女兒的照片以及房梁上一些莫名其妙的文字，突然間，二樓傳來慘叫，久米不知為何在看到鎮長女兒的肖像油畫后就變的很反常，這時，救援船趕來，可船上卻只有一具船長的尸體和一行字句，事情變得越來越奇怪了。

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。