靜岡縣的橫溝警官特地找到小五郎拜托他調查一起怪異的案件，此次案件的受害者是演員小宮山，雖然被害者只有一名，但是前來自首說自己是兇手的卻有三人并且這幾人都有理有據的說出了自己的動機和行兇方式，由于事情緊急，橫溝希望小五郎可以盡快做出推理。趕到案發現場時，柯南再次對證人進行詢問，并得知了事情的真相，兇手是自首三人中的一人？還是另有神秘四人？

學校里最近發生了很多詭異的事情，而且教導主任在沒請假的情況下也消失了好幾天，當柯南向老師和校長問及此事時，大家也都避而不語，為調查真相少年偵探團夜探帝丹小學，附有學生名字的娃娃，移動的人體模型，窗戶后面的黑影，樓梯上的煙霧和扶手上的紅色顏料，以及自己班級里突然出現的十幾個黑影，雖然這一切看似撲朔迷離，但是真相只有一個。

小五郎受學生時代認識的房東太太宗田光江之托，開導她最近不知為何事而消沉的孫子阿真，數次敲門無人回應，光江用備份鑰匙把門打開，卻發現屋內一片狼藉，而且墻壁上還涂滿了用紅色蠟筆畫的線，大家在浴室發現了割腕而死的阿真，光江讓柯南找來醫科大學的房客城戶，但已經為時已晚，小五郎斷定這是自殺案件，但光江和柯南卻認為是被人抹殺，這時，大家注意到了在建筑模型里的鑰匙，也就是說這是密室殺人事件！

柯南一直到吃晚飯的時候都還不見蹤影，博士去找他時也被不明人士打昏。深夜，不放心博士和柯南的灰原等人決定在古堡進行搜索，然而他們卻沒有發現兇手正悄悄跟在他們后面，大家跟著灰原來到柯南消失的密室，并發現了血跡和石頭上的留言，古堡越來越詭異，之后，光彥和元太也不知了去向，步美和灰原進一步深入古堡，就在她們也發現那具骷髏時，兇手出現。

元旦當天，少年偵探團一起到國立競技場看足球決賽，卻看到l了足球被槍射中，這時，正在為天皇杯決賽進行轉播的日賣電視臺，接到了歹徒索要五千萬元的恐嚇電話，如果讓他發現比賽中止讓觀眾撤離的狀況，他將立刻對場內的觀眾進行掃射，電視臺依照歹徒的指示將錢袋準備好之后就在周圍埋伏了帶待命的警官，然而警察只抓到了歹徒同伙，歹徒通過電話說因為日賣電視臺的報警所以要殺雞儆猴，情況愈發危機。