小五郎一直暗地里跟蹤的人見松一郎，突然在米花飯店墜樓身亡，出現在案發現場的還有一個叫南里熏的女人，但她卻十分肯定自己從不認識死者。與此同時，他的雙胞胎弟弟人見竹彥，也在杯戶鎮的家中被人殺害，并且案發時他的妻子加奈子為了調和兄弟二人的關系，外出與松一郎會面。兄弟兩人在同一時間死在不同的地方，難道這真的是傳說中的心靈相通？

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、步美等人從博士家里找到了一封四十年前來自博士初戀情人的信，信上除了說每十年在回憶的地點見面之外，還留下了一串像是暗示地點的數字，而今天剛好是四十年后的相約之日。經過推理，他們一行人來到動物園，將信上的數字與動物入園的順序相結合，他們找到了飛鼠館，而正巧在他們的面前站著一位女性，她會是阿笠博士的初戀嗎？

和葉和小蘭說在停電之前與來電以后，她們所看到的花瓶影子大有不同，在這么的短的時間內，月亮的移動速度真會如此之快？隨后，目暮警官又對范田當時休息的房間進行了調查卻并未發現可疑之處，就在他關上窗戶準備離開時，柯南和服部看到窗戶上反映出的影子，不禁恍然大悟，沒錯，兇手就在這棟房間內。

去趕海的柯南和小哀，阿笠博士和少年偵探團的各位，在那兒結識了悶悶不樂的大學生牛込嗣夫。后來，牛込迂的社團成員三瀨隆、八島光枝、久津梢子買東西回來。路上4人的神情十分奇怪、一吃完午飯便回去了。之后，柯南留意到牛込忘了拿耙子，當元太等人吧耙子送去給牛込趕到停車場時時卻發現了牛込已經死在車內！