備受期待的黑色玫瑰演唱會即將開始，因為門票而卷入麻煩的園子又遇到了錯怪她的古奈遙小姐，而古奈遙被偷走的門票竟然以事發咖啡廳的名義高價拍賣。還沒有出勤的雅子自然成為了被懷疑的對象，但當他們前去詢問時才發現雅子小姐已被人殺害，看似是偷竊殺人的現場卻讓柯南感覺到了強烈的違和感。

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。

阿笠博士住在鄉下的老友龍太郎那里剛好有元太他們想要的深山楸形蟲，在柯南等人捉蟲回來時卻發現龍太郎大叔倒在了地上，門口的佛像也不翼而飛，再留下“深山楸形”幾個字后龍太郎便暈了過去。與龍太郎有土地邊界問題糾紛的周平和時常會偷盜佛像的慶都因與“深山楸形蟲”有關系而被懷疑，經過調查而前往道之站的柯南認為兇手另有其人。

正在進行的推理游戲卻變成了真正的殺人事件，在列車到達名古屋前柯南他們要在乘客中揪出真正的兇手來，在他們四處尋找線索的時候灰原卻忍受著內心的煎熬。內心忐忑不安的灰原正在受到組織的威脅，組織的黑影已經更近一步接近灰原，她絕對不能以這種摸樣被人殺害。

在小蘭做出大膽舉動的同時新一也開始了推理，當沢栗熏得知最后離開妹妹房間的人是光井后，便將槍口指向她，但新一卻說兇手不是她，緊接著他說起了死者的成名推理作品，將沢栗未紅與書中主人公的命運向聯系，正是這種亦真亦幻的錯覺導致她自殺死亡，聽到新一這樣的推理，沢栗熏難以接受，就在他精神崩潰之時，警察沖進來將他制服，雖然最大的威脅解除，但這起案件并未結束。