學校里最近發生了很多詭異的事情，而且教導主任在沒請假的情況下也消失了好幾天，當柯南向老師和校長問及此事時，大家也都避而不語，為調查真相少年偵探團夜探帝丹小學，附有學生名字的娃娃，移動的人體模型，窗戶后面的黑影，樓梯上的煙霧和扶手上的紅色顏料，以及自己班級里突然出現的十幾個黑影，雖然這一切看似撲朔迷離，但是真相只有一個。

小蘭的班上轉來了一個叫伊東玉之助學生，受到他的邀請小蘭和柯南一行人來到他的劇團參觀排練過程，柯南發現成員之間似乎有什么問題，沒過多久一樁殺人案件發生了，案發時所有人正好都在舞臺排練，而且柯南等人就坐在觀眾席，那個逃過柯南和劇團人視線犯案的兇手應該就在其中。

柯南、小蘭和小五郎去滑雪的時候，和扮演雪女的明子以及她的替身住在了同一家旅社，期間，小蘭曾看到雪山上有雪女出沒。大家在愉快的滑雪回來后，柯南注意到一同出去的明子和洋子卻并沒有一起回來，當晚洋子邀請大家一起喝酒，明子因為咳嗽并未參加，次日，洋子跑來找小五郎說明子留下遺書自殺了，找到尸體后，柯南發現這根本就不是自殺，而是被人謀殺，兇手就是那個人！

對暗號進行仔細研究后，柯南將其破解，順著暗號的指引，他們找到了暖爐下新的圖案，只是這個暗號指向了盤子，一切又回到了原點，柯南百思不得其解，之后，他注意到這些帶有暗號物品的擺設位置，將他們連成一線，沒錯，機關就是天花板上的吊燈，將吊燈旋轉后，二樓的密室被打開，然而這個閣樓上居然有一堆白骨！

警方看到落地窗的鎖上有血跡，并在玻璃碎片上了發現了一個小洞，柯南和平次作出大膽推測，期間，柯南因看到遠處樹上掛著的不明物體差點墜落陽臺，而當時在旁邊的菊人卻因為懼高癥，沒有伸出援手，所幸有驚無險。在樹上找到兇器之后，兩人將所有的線索串聯起來，沒錯，兇手就是那個人！他們將所有人都叫到案發現場，說櫻庭就是兇手，可事實真是如此嗎？