小五郎发现洋子住的地方非常豪华，山岸荣让小五郎务必保密。但是，大家却意外地发现洋子所住的房间里躺着一具死尸，背上插了把刀子，死者是藤江明义。
千钧哀叹柯南和小五郎都是死神照命，两人一起出动想不出事都难。当目暮警官带队赶到时，见到毛利小五郎，忍不住暗笑洋子找谁不好偏偏找毛利。千钧也从汽车的后备箱里面把那三个孩子给抓了出来，千钧抱怨这些孩子怎么跟自己当年一样这么不让人省心。
目暮警官还找来了楼宇管理员，以及洋子的对手，另外一名女演员池泽优子。千钧也观察了一下，他也看不出这个藤江到底是谁杀死的。小五郎与目暮警官以前是搭档，不过目暮警官对他很是恼火，小五郎每次都把大家的侦察方向带到沟里，目暮语带入迷宫让案子越来越棘手。
目暮警官奇怪这个屋子里一直开着空调很热的，洋子说自己走的时候明明已经切断电源了。柯南还带着放大镜，但是这次指挥不动目暮警官，谁让他现在成了孩子了。柯南发现尸体的周围有水迹，所有的椅子都倒在地上只有一张完好站立，在千钧的帮助下，柯南从沙发底下找到了一个耳环，证明是池泽优子的。柯南在现场乱跑结果又被小五郎揍了，小兰只好过去抱住安抚。
千钧看着发笑，步美替柯南打抱不平，踩了小五郎的脚。小兰则把柯南搂在怀里，奇怪新一的去向，柯南一着急差点说漏嘴，千钧急忙把话题给岔开。小兰还说这个有爸爸和目暮警官在案子很快就会解决的，柯南汗，正因为他们两个在案子才解决不了呢。
目暮警官发现凶器是洋子的物品，上面有洋子的指纹，对洋子大起疑心。经过柯南的提示，目暮和小五郎发现港南高中毕业的洋子与死者是同学，洋子不顾山岸的阻止承认了藤江明义是自己的前男友，但自己却被他甩了。池泽优子说耳环自己早就丢了，又谎称没有到过洋子的房间，却被柯南指出连洋子房间的厕所位置都十分清楚，吸烟时又轻易找到了桌上的女神像打火机，那么谎言就不攻自破。山岸荣藏起头发是帮洋子掩饰，也被柯南察觉。
可二人都坚持自己不是凶手，千钧低声对柯南说，自己怀疑那个池泽优子是凶手。大叔为了替洋子脱罪，胡乱指认凶手，目暮却怀疑洋子。池泽优子是个很嚣张的女子，洋子的竞争对手，被洋子枪了女主角，想陷害洋子，在证据面前不得不承认自己偷配了洋子的钥匙，到过洋子的房间，目的是想给洋子制造丑闻，死者的确袭击并且非礼她，但她还是摆脱逃走了，并未杀死死者。千钧认为她可能把洋子的前男友杀死嫁祸洋子。听完千钧的话，目暮警官也认为她嫌疑最大，打算把她当成凶手抓走。
小五郎认定山岸荣是凶手，理由是他为了掩饰洋子曾经与人交往过，手里的头发就是证据。为了让小五郎成为名侦探，柯南情急之下拿起烟灰缸想把他打昏，千钧大吃一惊，这可不是随便什么人都能用烟灰缸将人打昏的，只好出手帮忙。千钧用香取神道流的气合术轻轻拨动了飞起的烟灰缸，经过元太的脑袋反弹到墙上，转而击中毛利侦探的后脑，让大家感觉就像巧合一样。
于是接下来，柯南开始使用变声器发出小五郎的声音进行推理，案件的关键是空调的高温与冰块，都是死者藤江明义精心策划制造出来的，利用冰块的简单把戏，把空调设定在高温之后，再从洋子小姐的梳子上取出洋子的头发，然后站在椅子上一口气从背后倒下，倒在固定在冰块上的菜刀上面。尸体旁的地板上有那个时候固定好的刀柄的凹洞，飞散了的冰块就在上升的室温中融化。
池泽优子却恰好在这个时候偷偷复制了洋子的钥匙闯进来，自然成为最被怀疑的对象，而那些骚扰就是她的安排。藤江明义因为与洋子分手不得复合心生怨恨，为给前女友冲野洋子造成名誉上的困扰，上演了一出闹剧式的自杀，随后助手警官甲乙也从死者日记中找到了相关的佐证。在千钧看来这小子就是傻瓜一个，这是一个谎言误会偶然交织而出的悲剧。这个结果令所有人都惊讶万分。
这时候，毛利侦探被点燃的香烟烧醒，千钧忍不住笑出来。为了不让他起疑，千钧拉着糊涂的毛利侦探委婉的告诉他藤江明义是自杀的推理结果，还大力称赞叔叔果然不愧是名侦探。目暮警官也对毛利侦探刮目相看，说他成为真正的名侦探了，以后还要拜托了。小五郎自然哈哈大笑，开始得意忘形的自吹自擂起来。
不过，目暮警官告诉他，由于这次凶案没有凶手只是自杀，所以不会有警视厅的任何奖励，小五郎的脸色立即变得很难看，多亏了洋子过来表示感谢，还说稍后会付给他委托费，小五郎连忙推却。经千钧斡旋，洋子就送了小五郎一套自己私下拍的泳装写真集，小五郎大喜过望。洋子放弃告优子骚扰了，希望以后继续做竞争对手。至于三个孩子，看到了明星冲野洋子和毛利侦探的精彩推理，感受到了那种惊险与刺激，让他们第一次对侦探事业产生了兴趣，于是单方面决定让柯南同学入伙。
尾声，告别送孩子们回去的千钧后，柯南和小兰拉手回家，途中小兰看到了冲野洋子的节目，佩服她的坚强，而自己却流泪，差太多了。柯南说她也是要拼命隐藏起心中的哀伤以求得歌迷的支持，这就是做