在東京的松陰神社，少年偵探團及時救下了被男子襲擊的小早川公子小姐，為了尋找她爺爺藏起來的足以買下國家價值連城的寶藏，大伙一起前往她的老家津和野在中途的新山口車站，遇到了自稱是公子小姐的朋友川子茂先生，但柯南和灰原注意到這并非他的真名，到達之后，他們又發現了新的暗號，順著線索來到了萩市，沒想到襲擊公子小姐的人那些人將灰原、光彥和公子小姐帶走。

根據死者身上殘留的余溫，新一和服部推斷出兇手就在這附近，他們借用偶然碰見的高木警官的權力封鎖了收費站，并且很快將犯人鎖定在三個人身上，之后，他們又在死者的車窗上發現了兩個小孔，這無疑是揪出兇手的關鍵性線索，然而，灰原給新一的藥即將失效，新一該如何應對？小蘭一直吞吞吐吐想要告訴他的話又是什么？

最有可能犯案的就是第一個沖進房間的染井社長，于是，高木打電話給公司，其中有同事表示曾在案發時間見過染井出入藥店，而這件事也從藥店員工那里得到了證實，這無疑是染井擺脫嫌疑的最好證明，可他為何只字不提？之后，柯南又注意到了桌子上的蛋糕，在他的提醒下，高木還原了被偽裝的案發現場，事已至此，染井主動承認自己的罪行，但柯南卻指出兇手另有其人。

警察在案發現場發現了一個筆記本，上面以流動日記的形式寫著這四名死者害死甲斐先生的秘密，根據這個筆記本，大和警官推測兇手就是因為內疚而動手殺人的繁次。但是還有疑點并未解開，于是，柯南和服部兩人再次來到了綾華的死亡現場，并從一名警察那里聽到了關鍵的線索，兇手就是……

小蘭從昏迷中醒來時發現自己在一個小木屋里，并且身上的傷也被人包扎好了，這時，小五郎他們也找到了這里，服部在隔壁的房間發現了很多新線索，他把案件從新理順后，將所有人都叫到了村長家，并指認這個用刀刺傷河內深里的人就是他身旁的工藤新一，沒想到被揭穿后，新一竟然嚎啕大哭并主動承認自己的罪行，就在這時，死羅神出現。