為了做天體觀測，阿笠博士帶著少年偵探隊來到一個坐落在深山里的旅館，期間結識了旅館老板天土，以及應邀而來的野之宮悅子、二川和御上。就在大家準備上山看星星的時候，居然發現了一具已經化為白骨的尸體，死者還故意留下了死亡訊息——六根煙頭，當晚，二川的尸體被少年偵探隊發現，并且他的手中也握著煙頭。

柯南在舊大社車站找到了可以證明江角案發時不在場的目擊證人，幫江角洗清嫌疑之后，福間也不在隱瞞而說出了事情的真相，其實在他到達現場的時候，鱷淵已經死亡，在尸體身邊他發現了江角的項鏈，于是，就出現了兩人互相包庇的戲碼。既然鱷淵并非這對情侶所殺，那么兇手就在藤江和石飛之間，即使他們兩人都有不在場證明，真相也永遠只有一個！

小五郎，柯南，蘭，園子為了看伊東玉之助的劇團的戲劇表演，而前往了有名的劇院金丸座。這次，劇團上演的是以《歌劇院的怪人》為藍本改變的《金比羅劇院的怪人》的時代劇，玉之助飾演怪人，女演員輕部蘆美飾演女主角歌手。之后，在彩排中大吊燈突然落下，由于蘆美額頭受了小傷，玉之助不得不在劇院公開了被實際存在的怪人要求更換女主角的事情。

笹本安太郎和神尾總是遭到大學時期同在推理研究會的日影的襲擊，因為實在無法忍受這種恐懼，在笹本的提議下他們找到了小五郎，神尾說日影曾寄給他一份小說的原稿，而里面的內容完全是如何殺人，而且他們的另一位同伴就死于小說中的手法，調查期間，神尾遭到炸彈襲擊， 笹本則差點被車撞傷，就在警察將注意力都放在搜索日影時，柯南卻認為兇手另有其人。

警方調查期間本山總是鬼鬼祟祟的像是在謀劃著什么，他提議大家一起去吃飯，然后又謊稱自己有東西落在了車上，返回座位偷偷拿走了小蘭裝在包里的網球，然而暗自慶幸計劃成功的本山還不知道，這時的警方和小五郎早在柯南的提醒下，知道了他就是兇手以及他的作案手法，于是，大家暗中尾隨他來到機場，在他企圖逃逸之前將他的罪行揭穿！