柯南，小蘭和小五郎一行三人搭乘開往北海道的特快列車北斗星三號，在通過隧道的時候珠寶商人出云被人槍殺，兇手將車窗射穿跳出車外逃跑，之后警方又在隧道之中發現了疑似歹徒的男人，這宗命案的過程簡直跟柯南的爸爸工藤優作一篇未發表的推理小說一模一樣，期間一個言行奇怪的女人引起的柯南的注意，在柯南揭穿她的謊言后，她終于暴露了身份。

小五郎曾教過的學生崎園惠在自己的娘家碰到了一起車子被人安裝炸彈而被引爆的案件，在爆炸中喪命的人是小惠的妹妹寬美，她在代替不會倒車的姐姐小惠倒車出庫的時候慘遭意外，警方一開始懷疑嫌犯是個叫高橋的人，認為這個人和小惠的先生和夫共同籌劃了交換殺人計劃，原本企圖殺害小惠，沒想到卻誤殺了寬美，就在他們俯首認罪，事情告一段落的時候，柯南注意到了小惠。

在吞口重彥被殺的瞬間柯南撿到了一條紫色的手帕，之后又發現了一個破碎的美術燈吊環，根據這兩條線索柯南展開了調查，可沒想到調查期間灰原卻被不明人士帶走，柯南以眼鏡為媒介聯系到灰原，得知她被關在了飯店內的一個酒窖里，柯南讓灰原喝下老白干，這時，在飯店外面的柯南卻看到了金恩，而在酒窖的灰原身體也正在發生變化。

小五郎和朋友分開，一個人醉醺醺的在街上游蕩時，碰到了有過幾面之緣的佐知子，她邀請小五郎和她一起兜風，之后，小五郎在送佐知子回到家時，發現她的室友和美被殺，最有可能的人就是佐知子，但是她當時和小五郎在一起，有充分的不在場證明，那么到底是時間的錯亂？還是兇手另有其人？

原來這名行跡可疑的女士是柯南的媽媽有希子，她將此行的目的告訴柯南后，大家就一起聚到休息室聽小五郎的推理，期間，警察在隧道里淺間的尸體上發現了膠帶碎片，突然靈光一現，柯南知道了誰是兇手以及他的犯案手法，卻苦于沒有證據，按照小說的劇情，柯南還有被殺的可能，苦惱之時，有希子提議干脆將計就計讓兇手自己現身，于是一場揪出兇手的好戲上演。