來到倫敦的柯南不小心以新一的身份向小蘭暴露在倫敦的事實，而此時柯南喝下了回國用的解毒劑暫時以新一的身份出現！在繼續調查的過程中小蘭從以前新一說過的話中得到啟發發現了人偶的秘密。而之后通過與新一電話中發現了更多的線索。這時小蘭和小五郎碰到了米奈芭小姐，在米奈芭和弟弟阿波羅的協助下小蘭留在教堂的紙片，而上面寫著的就是接下來的線索。

小五郎帶柯南和小蘭去菜園屋頂的時候，發現了其中一塊菜田主人中村的尸體，表面上看像是因為腳底打滑磕到了后腦勺的意外死亡，但柯南察覺到了其中的蹊蹺，警察找來屋頂菜園的其他三名種植者進行偵訊，每個人都沒有不在場的證明，并且其中一人的供詞卻引起了柯南的注意，當大伙兒再次來到菜園進行現場調查時，柯南發現了一塊奇怪的磚頭，而這無疑是找出兇手的關鍵線索。

少年偵探團與白鳥警官在電影院偶遇，期間，他回想起了自己想要成為警官的理由，這時，一名叫笠倉那海的小姐與大家相識，并且她與白鳥警官曾經相識過女孩一樣，會用吸管包裝紙做成的花帶裝飾樂杯，難道她就是白鳥回憶中的少女？在聽說那海被跟蹤狂騷擾之后 ，大家一起前往她現居住的公寓 卻在發現她的男友橫尸家中，這是跟蹤狂犯下的命案嗎？還是這根本就是那海的自導自演？

白鳥警官記憶中的少女小林老師在煙火大會的夜晚目擊了一場謀殺案件，作為證人的她向白鳥警官提供了三條線索即兇手和死者爭執的聲音、疑似搬家公司的貨車以及兇手的背影，在警局接受偵訊的期間，小林老師無意中得知白鳥警官曾追求過和自己很像的佐藤警官，這個消息沉重打擊了小林老師，難道自己只是佐藤警官的替身？抱有這樣想法的她該如何面對白鳥警官。

警察并沒有在三個嫌疑人的家中發現有同款紐扣的衣服，而且在三天的酉日集市期間，他們都有無法連續犯案的證明，這時有消息說被害人益子蘇醒，然而他卻表示自己完全不記得在昏倒前所留下的線索。因為掌握不到確實的證據，警察只好讓嫌疑人先行離開，柯南推理遭遇瓶頸，這時，小蘭、園子和小五郎的談話給了他啟示，兇手就是那個人！