コナンたちは阿笠博士の友人で愛犬家の加納照也の家に招かれた。引っ越しをするので不用品を譲りたいというのだ。コナンたちの他に加納の愛犬家仲間3人も来ていた。正午に柱時計が鳴り、この音を聞くと青い座布団に座っておやつを食べる習慣のある加納の愛犬・パピヨンのドイルが走り出し、そのまま姿を消してしまう。
コナンたちが招かれた加納家の愛犬・パピヨンのドイルが姿を消してしまった。何者かがドイルをさらい、逃亡したかに見えたが、首輪が見つかった焼却炉の中から、焼け残ったグラスウールを発見したコナンは、ドイルの居場所を突き止め、少年探偵団の子供たちの手助けで情況を再現し、謎解きをしながら犯人を追い詰めていく。
小五郎、コナン、蘭は、ワイン収集家の日下の自宅パーティに招かれた。ソムリエの外村とワインの利き酒勝負を始めた日下は、ワインセラーに改造した地下室に自慢の逸品を取りに行く。が、日下は40分たっても戻らない。探しに行った小五郎は、電子錠でロックされたワインセラーの中で絞殺されていた日下を発見する。
福引の1等賞が当たり、南紀白浜1泊旅行にやってきたコナン、小五郎、蘭の3人は5人の医大生グループと知り合う。写生旅行だという5人には、女王然とした金持ち令嬢の真紀を中心にした複雑な人間関係があるようだ。翌日、真紀に教えられたルートで観光を楽しんでいたコナンたちは、真紀が刺殺されたという知らせを聞く。
南紀白浜でコナンたちが知り合った医大生・真紀が刺殺されたのは、顔見知りの犯行だとコナンは考えた。だが、真紀の5人の仲間たちには、それぞれアリバイがあった。藤が自分のアリバイを証明するために見せたデジカメの写真に疑問を抱いたコナンは、藤がいたと主張するアドベンチャーワールドで調査を始める。
服部平次に誘われて、コナンと蘭、小五郎は有名な3人のスポーツ選手がオーナーの大阪のレストラン、「K3」の開店記念パーティに参加した。蘭に、3人のオーナーたちはビルの窓を利用したパフォーマンスの手助けを頼む。夜空に窓の灯で作った「K」の文字が浮かび上がった時、一発の銃声が響きわたった。
銃声がした部屋にかけつけたコナンと服部平次は、そこで新聞記者のエドが殺害されているのを発見した。コナンと平次はエド殺害のトリックと犯人を解明するため捜査を開始する。3人のオーナーには殺害は不可能と判断するコナンだが、捜査が進むにつれ、一番認めたくない真実がそこにはあった。
東京に帰る新幹線内でコナンたちは、麻薬密売人の小倉千造を護送中の佐藤刑事と高木刑事に偶然遭遇した。佐藤刑事が出払ってしまっている最中、トイレに行きたいと席を立つ小倉に一人付き添う高木刑事。小倉をトイレの外で待っていると、突然うめき声が聞こえ慌ててドアを開ける。そこには自殺を図る小倉の姿があった。
新幹線で護送中に被疑者の麻薬密売人・小倉が死亡したのは、自殺に見せかけた殺人事件だと佐藤刑事は断定した。爆弾騒ぎを起こして、その隙に被疑者を前の車輌のトイレに行かせ、自殺の偽装をさせる。その指示を出せた可能性のある乗客は3人。コナンは3人が手に持っていたという新聞に着目する。
いつも元気な元太の様子がおかしい。給食は残すし、コナンたちを避けるように一人で学校から帰ってしまう。コナンたちが問い詰めると、元太はひったくりの犯人を目撃して命を狙われていると訴える。初めは本気にしなかったコナンたちも、元太の頭上めがけてデパートの看板が落下してきたのを見て真実だと悟り対策を考える。
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