小五郎等人在去海豚樂園的路上，遇到了幾位正在進行大學同學聚會的女子。為了接另一位大學同學，他們一起前往海豚樂園飯店卻意外發現她們等待已久的藤村直美被殺害了。經過調查之后柯南確認了兇手的身份并向大家演示了兇手利用雪糕的犯罪手法。再自己留下的證據面前，兇手最終承認了罪行。

霧之峰賓館的主人寺院晚上開車出去兜風，第二天在停車場發現坐在車子里的寺院已經死了。在調查的過程中發現每個人和寺院似乎都有過節。柯南發現車罩上裂痕的疑點，而停車場看守的證詞又增加了疑團。最終柯南發現了犯人的犯罪手法并當場演示給眾人，而殘留的焦油也暴露了兇手的身份。

柯南一開始就知道兇手是誰，但他卻苦于找不到證據，然而當他無意間看到勒在素夫脖子上的領帶，沒錯，證據就是這個！另一邊，目暮警官發現素夫死前所買保險的受益人是菊代，而且在素夫消失的這段時間她也曾來過倉庫以及根據美濃所提供的證詞，這一切線索不得不讓警方懷疑殺死素夫的兇手就是菊代，而菊代也是百口莫辯。這時，柯南將園子麻醉，借助變聲器將事情的真相一一道出！

備前千鶴在飯店房間里上吊，因而被眾人認為是自殺。在柯南的啟發下小五郎發現千鶴是他殺的肯能性。在警方的詢問下眾人都有殺害千鶴的肯能。在調查飯店的屋頂之后柯南發現了犯人飛翔一般的作案手法和留下的證據。在證據面前兇手最終承認了罪行，同時道出了和千鶴和自己弟弟的過往以及殺害她的原因。

茂木認為小五郎是兇手而開槍將他射傷，當前來“黃昏別館”的所有名偵探都命喪黃泉時，電腦上居然出現了一行關于寶藏的信息，一直躲在監視器操控室的神秘幕后黑手終于按捺不住露出了真面目，沒想到這個人居然是……柯南引導她說出了整件事的真相，而這時，本應死去的偵探們居然都出現在門口，可到底是怎么回事？這棟別墅的寶藏又是什么？