柯南從學校溜出來，跑到警視廳來進行所謂的偵探游戲，听完千鈞的詳細介紹，柯南開始分析，並樹玉成跟近衛于林二人的話彼此吻合，無論從時間還是動機上都不大可能。真正有嫌疑的是川中任之，但他不會開車，這與武成太郎的證詞不符。還有真正令他感到奇怪的是三宮隆飛，既然他平日跟大家的關系不是特別要好，為何會主動陪川中去外面喝酒直到晚上9點鐘呢？
很快，川中頂不住毛利小五郎的恐嚇威脅，說出了周六晚上的去向，原來他喝酒出來後不是閑逛，而是湊巧踫到了一個提供特殊服務的女子，後面事情就自然而然發生了，等完事後才回到宿舍。但他記不清女子的姓名和二人發生關系的處所了，只知道大概的區域範圍。高木就跟千鈞到附近查找那名女子，二人費了九牛二虎之力才找到那名美艷女子小櫻，小櫻堅持不承認自己跟川中做過那種事情。
這時又有人報案在案發現場附近發現了一件血衣，衣服就是日紅公司的制服，登米鑒識也證實了上面的血與兩名死者吻合，可以肯定是凶手行凶時所穿，但現場留下的縴維卻跟這件血衣縴維不符。目暮警官等人都大為奇怪，周日那天他們明明仔細搜查過來，怎麼可能遺漏這麼明顯的證物呢？而凶器的來源也查明了，的確是從一家刀具店出售的，但是店員記不清是誰買的了，只知道是個青年男子。
到這里柯南已經隱約知道了事情的真相，真正有問題的不是川中，而是三宮。他提出優先集中力量調查三宮的情況，但被毛利偵探否決了，小五郎堅持認為川中就是凶手。而這時候經過辨認，川中認出了這件血衣就是自己的制服，他說自己的制服已經丟了好幾天了，有人在故意陷害他。毛利偵探哈哈大笑，認為自己的推理完全正確，川中任之就是凶手，這件血衣就是最直接的證據。柯南也認為川中所說不假，的確有人故意陷害，所有的事情都是三宮所設的圈套，那件血衣就是畫蛇添足的證據。
這時，面對小櫻的拼死抵賴，高木有些束手無策，千鈞讓高木警官到外面回避一下，隨後高木就听見里面傳來小櫻異樣的叫聲。過了一會兒後，千鈞請高木進來。小櫻揉揉胸口，那里有千鈞剛才塞進的不少錢，她笑著交代了那天晚上的確跟川中任之在一起，為了證明自己這次沒有說謊，小櫻還詳細說了二人所做的具體動作以及川中身上一些隱秘的地方，不過，她希望警方能替自己保密，高木听得有些面紅耳赤，千鈞有些好笑。這樣川中任之的不在場證明就成立了，毛利偵探的推斷是錯誤的，小五郎徹底傻眼了。
當天夜里，三宮隆飛將川中任之騙到外面一座廢棄的大樓上，打算將其推下去造成畏罪自殺假象，將所有罪行嫁禍給川中，一直埋伏在這里的佐藤和高木提前出現阻止了他的行凶，將其當場擒獲。而同時，千鈞和柯南也闖入了三宮鎖著的那個宿舍房間，千鈞抱怨自己為什麼每次都要听柯南的，來私闖民宅做些偷雞模狗的調查。柯南笑著從三宮枕頭底下發現了吉澤的很多照片，證實了三宮的確在追求吉澤。宮本由美也查實了三宮有一輛汽車，武成太郎覺得那輛車挺像自己見過那輛，但經過調查車上沒有發現有用的線索。
星期二，在警局，目暮警官等人提審三宮，所有的證據都指向三宮就是凶手，但三宮非常囂張，拒不承認自己就是殺害北川和吉澤的凶手，還說晚上到大樓去只是跟川中談心，並沒有打算殺人。佐藤和高木為了川中的安全提前出手將其抓住，自然沒有等到他把川中推下樓才行動，但是這樣一來就給了三宮狡辯的機會。
松本警視過來告訴大家一個消息，三宮隆飛的父親是日本政府的高層人員，家里的背景非常深厚，告誡大家一定要慎重，必須要有確鑿的證據才能對三宮進行起訴。三宮也不斷叫囂著，「你們這些糊涂警察竟然敢誣陷我，我要把你們都告上法庭，讓你們警視廳臭名遠揚！」佐藤警官大為惱火，幾次想要動手扁他，都忍了下來。高木警官將賣刀具的店員帶來認人，店員見到三宮後，直接肯定地說買那把刀子的青年男子不是三宮。武成太郎也確定晚上停車人的聲音絕不是三宮隆飛的，在這種情況下，目暮警官迫不得已只好下令放人。
毛利偵探也有些頭疼，這個案件看上去簡單，沒想到到這麼麻煩。千鈞也點頭，「是啊，其實采用高智商犯罪手法的案子，只要推理出犯人采取的手法，往往也就能夠找到相應證據，直接就能逮捕凶手。真正頭疼的就是這種案子，手法非常簡單，動機也很明確，但找不到足夠的證據能夠證明凶手行凶。」
目暮警官思索，難道偵破方向又一次錯了嗎？高木也懷疑是不是武成次郎那個瘋子才是真凶？佐藤詢問柯南有什麼看法，柯南露出笑意，「我認為凶手肯定就是三宮隆飛，他意圖謀害北川絕不會錯，盡管他身上沒有凶器。他確實也在暗中追求吉澤。如果我的推理沒有錯的話，三宮一定還有個幫手，買刀子和開車的人都是這個人。你們想想看，單憑三宮一個人能夠輕易殺死北川和吉澤嗎？那個北川也不是什麼善茬，吉澤更不是束手待斃的女人。」
所有人都對柯南大為嘆服，小五郎也震驚，這個小鬼什麼時候變得這麼厲害了。目暮警官吩咐其他警員仔細調查與三宮接觸的不良份子。這時，于澤打來電話，聲稱武成太郎在回去的路上，見到了那晚上停車的人，那人上了一輛出租車離去了。目暮警官急忙讓于澤和武成太郎再來一趟警局，二人到後，武成太郎說一下子听出了那人的聲音，那人在用手機跟一個名叫飛哥的人通話，他通過聲音確定就是那晚的停車人。這下子，大家全都有了信心，柯南的推理是正確的。很快，警方查到了三宮隆飛有個死黨，名叫火野安盛，是一個放高利貸為生的人，無惡不作有錢就干是出了名的。
同時，三宮也在安排火野離開東京，到外面避風頭。警察趕到火野安盛住處時，火野已經逃之夭夭了。而負責跟蹤三宮的警官也發現三宮突然消失了。登米鑒識從血衣里面的內附物上發現新的線索，證實內附物不是川中的，這就肯定了是有人穿了川中的制服前去作案。目暮警官立即下令全力通緝三宮和火野二人。柯南突然想起一件事情，「高木警官，千鈞哥哥，你們還記得那個證實川中無辜的小櫻嗎？你不覺得奇怪嗎？一般做這種工作的人會跑到很遠的大街上去拉客嗎？是不是啊，毛利叔叔？」
小五郎也醒悟過來，「原來如此，提供特殊服務的女性通常在酒吧等娛樂場所，晚上入夜後開始尋找客人，很少會在晚上十點左右跑到外面遠處主動拉客，那麼，小櫻一定是受了某人的指使。」千鈞暗道大叔果然有經驗，高木警官在這方面明顯差了很多，柯南也大聲稱贊，「叔叔果然是名偵探啊！」小五郎吐著舌頭哈哈大笑。
高木和佐藤二人馬上再次前往尋找小櫻，然而二人這次撲空了，小櫻已經離開住處了。佐藤立即判斷，她肯定去了車站，打算乘新干線離開。二人風風火火追到車站，在小櫻即將登車之際成功將其抓回來。回到警局後，小櫻交代了火野安盛是她的常客，是火野安排她刻意與川中任之邂逅的，火野答應事後再付給她一大筆錢，上次高木找她進行調查取證，她也听說出事了，心里害怕就打算離開東京。目暮警官明白，所有的事情都跟火野安盛有關，必須將其抓住才能指證三宮隆飛。
星期三，文良听千鈞說起這個案子，就興致勃勃地提議去尋找火野，千鈞苦笑這家伙擺明了是想拿槍顯擺一下，恰巧柯南也有同樣的意思。于是千鈞、柯南、文良三人帶上槍和黑閃，依賴黑閃的追蹤、柯南的推理以及千鈞敏銳的直覺，開始艱難地追蹤火野，一直到這天晚上深夜，終于在郊區附近，找到了身受重傷倒在地上的火野，三人大吃一驚，急忙叫來救護車將其送往醫院。
目暮警官他們都聞訊趕來，證實了火野是被人用車撞倒的。警官們也找到了在家里住處休息的三宮，將其帶回警局。三宮大為惱怒，讓警官們必須拿出證據，否則他會向上面檢舉。這時，交通局的人找到了撞人後被遺棄的汽車，並在車身的保險杠上發現了血跡，宮本由美立即通知了佐藤警官，警方也隨後證實了上面的血跡就是火野的。而此車的車主卻說自己上午去外面吃飯時這輛車就丟了。
星期四上午，三宮的母親以及委托律師也都到了警視廳，松本警視親自接待，但拒絕了他們的探視請求。趁著這個機會，柯南和千鈞、文良偷偷調查了三宮母親的汽車，從上面找到了些線索，證實了這輛車就是案發那天晚上出現在現場附近的汽車。宮本由美也根據千鈞的要求，查證了這輛車的出入記錄，也證明了這輛車到過案發現場一帶地區。然而，三宮依然大肆抵賴，堅決不肯承認罪行，並威脅目暮警官如果拿不出直接證據，就讓目暮警官辭職滾蛋。松本警視也承受了巨大壓力，不少高層人士或明或暗地表示關注這個案子。
萬幸的是，火野安盛在醫院搶救成功，清醒過來，說出了事實的真相。三宮知道吉澤跟川中分手後，幾次追求都被吉澤拒絕。周六晚上7點鐘，他又托了火野在電話亭打電話，冒充川中的朋友，約了吉澤出來說要把事情說清楚。但吉澤見到是三宮後，嘲諷三宮一頓，說出了自己有了新的男朋友，讓三宮這個爛人死了這條心，然後囂張地離開了。
三宮惱羞成怒，決定報復已經同居的北川和吉澤，在晚上11點時，三宮帶著火野二人開車趕到北川的住處，到樓上空曠處突襲殺死了淬不及防的北川和吉澤。當然，作為幫凶，火野從三宮那里得到了一大筆錢。武成太郎也確認了火野的聲音就是那晚上他听到的聲音，店員也肯定買刀具的人就是火野安盛。登米鑒識等人也鑒定了那件血衣里面的附著物是三宮襯衣上面的，經過柯南的提醒，也證實了案發現場發現的藍色縴維，是三宮母親車上的坐墊縴維。
隨後趕來警視廳的毛利偵探與目暮警官總結了案情，三宮被吉澤拒絕後，就精心策劃了這場看似簡單的謀殺案。三宮事先偷走了川中的制服，又在周六晚上故意陪川中到外面喝酒，讓火野指使小櫻絆住川中。三宮帶著火野開著母親的汽車趕到北川家，將北川和吉澤騙到外面樓頂處，說是有事情要談清楚，然後發動突襲殺人。
警方開始調查時，三宮故意將警方的視線引到川中的身上，為了嫁禍川中，將那件血衣又放回到案發現場不遠處的隱蔽地方。但警方還是將川中釋放出來，三宮就打算殺死川中造成畏罪自殺的假象，沒想到佐藤和高木為了川中的安全，提前出現阻止，但也因此不能證實三宮想要將川中推到樓下滅口。後來，三宮又發現火野已經暴露，就馬上偷了輛汽車，開車制造車禍，打算殺死其滅口。出乎意料的是，千鈞、文良、柯南在這之後也找到了火野，及時將其送入醫院，保住了這位最重要的人證。現在人證物證旁證都已經形成了完整的證據鏈，三宮已經是罪責難逃。
案情都真相大白了，開始三宮依然抵賴，說火野故意將罪名推給自己，但在事實面前，抵賴不過，歇斯底里大吼，「都是我干的，那又怎樣？吉澤源月她該死，我得不到的東西別人也休想得到。我把北川和吉澤一起送上黃泉路，也算成全了這對狗男女吧，他們兩個難道是什麼好人嗎？哈哈……」
千鈞、柯南、文良趁著警方進行最後審訊的機會，到警視廳休息室去補覺，晚上折騰了一夜，三人都累壞了。柯南笑道，「案子到現在已經查清楚了，三宮也承認了，這次他差不多得把牢底坐穿了，檢察機關可以進行起訴了。」文良感嘆，「沒想到做警察這麼辛苦，這麼簡單的案子搞出這麼波折來。」千鈞微笑，「所以毛利叔叔才不做警察改行去做了偵探。」
等三人睡醒後，已經是下午了，佐藤警官、高木警官帶來了午飯，警視廳破獲這個大案也是喜氣洋洋，大家一邊談論一邊吃飯。柯南他們才知道小五郎已經回去了，千鈞也接到了小蘭的電話，小蘭怒氣沖沖地指責千鈞帶著柯南出去做那麼危險的事情。而柯南一晚上都沒回家，小蘭又把柯南罵了一頓，讓他以後不要在玩這種危險的偵探游戲了。發泄完了後，小蘭讓千鈞趕快把柯南送回學校上學。又過了一會兒千鈞又接到了靜楊她們三個的電話，她們也抱怨千鈞這周總逃課跑去查什麼案子，千鈞費了一番口舌才安撫住她們三個，表示下不為例。文良苦笑，自己回去後肯定也要面對雲靈的疲勞轟炸。
三人在吃玩飯打算馬上回學校去，剛走到外面走廊，發現幾位警官氣沖沖地走過來。佐藤奇怪上前詢問，幾位警官說在看守處所那位三宮隆飛突然瘋了。高木大驚，「喂喂，怎麼可能，那家伙那麼狡猾，怎麼可能會瘋？一定是裝的……」同時，目暮警官和松本警視正在接見三宮家的委托律師，律師聲稱三宮隆飛具有精神分裂癥，還出示了5年前的診斷記錄，要求將警方立即釋放三宮隆飛。同時，警方也確認了三宮家確實有精神病遺傳病史，相關的鄰居也能作證，三宮小時候就有些不正常。那位診斷醫生也確認隆飛在5年前到他那里進行過診斷，並出示了相關的檔案資料。
所有的警官全部抓瞎了，警視廳立即變得氣氛凝重，大家都知道這里面有問題，可沒有絲毫的解決辦法。松本警視無奈打算放人，對方的家族已經頻頻向警視廳施加壓力了。柯南提出一個權宜之計，先將三宮送到精神病醫院進行簡單的鑒定，再做打算。松本警視搖了搖頭，精神病的判斷本來就很復雜，很多人不發病的時候與正常人無異，醫院也很難做出明確的診斷，而且對方肯定也在那邊做好了準備。目暮警官抱著試一試的想法，下令將三宮押出來，準備送往東京最權威的一家精神病醫院進行檢驗。
佐藤警官滿臉怒色地拽著三宮走到警視廳樓下，準備上車將其押往精神病醫院。三宮囂張地調戲佐藤，大聲嘲笑警視廳的這些警官。千鈞、柯南、文良都有些無可奈何，高木等警官也都臉色難看，可這就是法律，精神病人不負法律責任，任何人都沒有辦法。這時，突然間從旁邊沖出來一個魁梧的大漢，一把將三宮摁倒在地上，「你還我老婆，你這個混蛋居然搶走我老婆，我跟你沒完……」
還沒等佐藤反應過來，那個大漢掏出了一把尖刀玩命地向下捅去，三宮發出了淒厲的慘叫，等佐藤和其他警官一起沖上去將大漢制住時，三宮已經被捅了數刀，在救護車趕到之前氣絕身亡。所有人都沒想到三宮隆飛會是如此下場，而警官們也發現了這個大漢有些精神不正常，他居然把佐藤當成了自己的老婆，沖佐藤不停地喊，「老婆，你不要離開我啊！你要跟別的男人跑，我就殺掉那個男人，沒錯，殺掉他，殺掉他……」
隨後武成太郎和于澤先生氣喘吁吁趕來，證實了這個大漢就是武成次郎。原來，今天中午的時候，他們二人就找到了武成次郎，二人打算再次向警視廳附近的民政部門申請特別救濟，希望能夠把武成次郎送到精神病院。在二人忙著辦理手續填寫表格的時候，武成次郎又偷偷地跑掉了。武成太郎的申請再次被民政部門駁回了，因為民政部門懷疑武成太郎有利用弟弟騙取救濟金的嫌疑。
武成太郎和于澤失望萬分，從里面走出來時發現次郎不見了，急忙到處尋找。後來，發現警視廳樓下圍了很多警官和群眾，就急忙跑過來。目暮警官大為惱火，「八嘎，你們怎麼回事，為什麼不把他鎖在家里？你們知道他帶刀上街有多麼危險嗎？」武成太郎也滿月復苦水，「警官，我弟弟這個樣子，我當哥哥的也不好受啊。他平時也很正常，我總不能將一個大活人天天關在屋子里吧。我可是他的監護人啊，天天怕出事，結果還是出了人命。可政府部門今天又拒絕了我的救助申請，這以後可怎麼辦啊？」
所有人都無語了，千鈞哈哈大笑，「天網恢恢疏而不漏，也許這才是最完美的結局。」柯南也苦笑，「目暮警官，你現在陪這位武成先生再次去民政部門申請救濟，我想听完你的說明，民政部門這次一定會批準救濟的。」文良也笑了，「不錯，看來這個瘋子鬧出人命也是件好事，這下由不得民政部門不重視了，沒有人再懷疑武成次郎的精神狀態是假裝的吧！」高木也笑道，「政府部門都是這樣，真到出事的時候才會認真起來。」果然，等目暮警官跟武成太郎從民政部門出來時，武成太郎已經是滿臉喜色，這次獲得了一大筆救濟金，他終于可以將天天給他捅簍子的弟弟送到精神病院了，這筆錢足夠次郎住上30年了。
尾聲，三宮隆飛殺死北川強史和吉澤源月的案件就到此結束了，只有火野安盛因協助三宮殺死二人被判處8年徒刑，武成次郎因確實患有精神病，法庭不再追究刑事責任。這件案子還是在社會上引起了巨大轟動，精神病人犯案和相關的救濟問題再次成為民眾媒體關心的話題。由于三宮已死，警視廳就沒有再給毛利偵探任何獎勵，讓小五郎大為惱火。千鈞和文良二人因及時救了火野，警視廳給以二人c級獎勵。