繼輕井澤別墅中的若松先生遇害之后，他的兒子玉郎也在東京的家中被毒殺，不可思議的是除了玉郎吃掉的那塊蛋糕意外并沒有發現其他的蛋糕上有毒。于此同時，大和敢助警官等人注意到了被殺害的若松先生浴室的瓷磚是運用了一種名為陰影鉆石錯視的會引發視覺錯覺的形狀，總算讓若松社長的死亡訊息再次顯現出來，而現實出的字母竟是SON。

在靜岡縣寫小說的推理作家海棠千賀小姐招待毛利小五郎來她住的別墅，希望小五郎分享關于名偵探的辦案經驗，沒想到見面后卻沒有要聽小五郎分享的意思，而是一直在說自家人內部的矛盾。次日早上醒來的柯南等人發現海棠一家還沒起床，再到臥室后才發現海棠夫婦以及海棠小姐的徒弟幸子小姐全部都被毒殺。

被初音小姐雇傭的偵探安室透在調查伴場先生時發現了一件事，初音小姐和伴場先生都是從同一間飯店獲救的嬰兒，兩人都是在身份不明的情況下在同一所教會中撫養長大，聽到這些之后的初音非常在意。所有的證據都指向了伴場先生，在車底找到初音小姐掉落指甲的柯南似乎看出了事情的真相，這背后或許有著令人悲傷的事實。

寒假的這天柯南發燒了休息，而原本約定好的在步美家的紙牌游戲也沒有辦法參加。就在和步美通電話時忽然有個叫做正南的小男孩說有陌生人闖進家中敲開了步美家的門，但之后他的父母便過來把他帶走了。看似小孩子的惡作劇但柯南卻發現其實他們不是真的父母，正南可能真的面臨危險！于是少年偵探團的各位來到正南的家里一探究竟。

乍看之下發生在眼前的命案無疑是自殺事件，但諸多的疑點讓柯南和平次沿著他殺的方向調查，在詢問過有嫌疑的三人后柯南和平次有了初步的判斷，但現在還不清楚的是辦案的手法。毛利小五郎的調侃讓柯南和平次靈機一動，在三名嫌疑人到達現場后服部利用平板電腦還原了命案的經過。