千鈞再次被毛利小五郎誆騙，請毛利三人組去貝卡橋中國餐廳吃飯。酒足飯飽後，從里面出來，大叔自然非常滿意，「吃在中華這句話一點也沒錯，吃東西就要上正統的中國餐廳。」千鈞抱怨，「大叔，不是說好你請客的嗎？怎麼最後又換成我了？」柯南冷笑，「大叔只會請我們吃面，在哪里都一樣，來中國餐廳就擺明了不想請客。」大叔發現已經9:40了，嚷嚷著要趕緊回去看沖野洋子的電視劇，匆忙向路對面走去，因為千鈞的車在那側停著。小蘭笑著提醒他小心點，結果一輛汽車飛馳而來差點撞上毛利，小五郎當場跌倒，大家都大驚急忙過去查看。
所幸小五郎沒事，那名司機也下車道歉，小五郎抱怨，「你搞什麼？會不會開車？真是的，你開車都不看前面嗎？」柯南好笑，「是你自己走路時候不小心還怪別人。」小蘭和千鈞也覺得小五郎這次太冒失了，這里本來就沒有人行橫道，偏偏還走這麼急。小五郎惱怒，「你們干嘛扯我後腿！」千鈞月復誹，大叔不會想踫瓷訛人家一筆吧？
這個戴眼鏡的年輕司機是tm證券業務所的勤務泉武雄。他正在不停向大叔道歉，隨後他手機響了，接到警視廳搜查一課目暮警官的電話。小五郎立即奪過手機，大言不慚地向目暮警官報到，「我為什麼會在這里……哈哈，這個不是重點……這次是什麼案子？哦，一件殺人案子的重要證人……我明白了，這件事交給我名偵探毛利小五郎吧！」泉武雄听到毛利偵探的名字大驚失色，轉身逃跑，千鈞立即追上，將其擒住。小五郎走過來，大笑，「你死了這條心吧，跟我這個聞名天下的名偵探在這里踫面，只能怪你的運氣太差了。」
泉武雄急忙說自己什麼事情也沒做，千鈞冷笑，「那你跑什麼，分明是做賊心虛！」小五郎點頭，「你少給我裝蒜，要是有話要說，就跟我到命案現場說吧。」小五郎取過泉武雄的車鑰匙，自己坐進駕駛位，讓小蘭在後座看好泉武雄。千鈞開自己的車，帶著柯南跟在後面一起前往命案現場。柯南疑惑，「警察會用電話叫嫌疑犯到命案現場嗎？但是這個人的確很奇怪。」千鈞冷笑，「這個人肯定有問題，你看他一听到大叔的名字，本能地反應就是逃跑，太可疑了。」
大家趕到兒島宅，押著泉武雄進來。見到目暮警官，小五郎大笑，「目暮警官，我已經把殺人疑犯帶來了。」目暮警官一愣，「你在說什麼啊？你想想看，他要真有嫌疑，我會用電話通知他嗎？」小五郎不好意思，「這樣說也是，哈哈……」柯南暗道我就知道。
這次的死者是經營電器產品銷售的女性實業家兒島郁子，在敷面膜美容時被人勒死。目暮警官拿出本子，詢問泉武雄是否今晚到過兒島宅，泉武雄點頭承認了。目暮警官提到泉武雄是8點到達這里的，40分鐘後離開這里。泉武雄說自己記不清具體時間了。
千鈞好奇，「目暮警官，你怎麼對他來這里的時間這麼清楚？」原來這家防盜住宅安裝了防盜攝影機，拍到了泉武雄的進出畫面，上面有時間顯示。在泉武雄離開後，8:53分，死者的女兒兒島千尋來到這里，「可以確定，那時候被害人還活著。」保安公司的人在9點鐘時過來一趟，確認兒島郁子還在。
保安公司的村川警衛提到，在晚上9點鐘時他跟警衛甲發現兒島宅發出警報，二人就匆忙趕到兒島宅。敲門沒反應，二人大驚，剛要用備用鑰匙開門，發現兒島郁子面膜遮臉出現，二人嚇了一跳。兒島郁子笑道，「嚇倒你們了吧，我正在敷面膜，所以開門遲了。」兒島女士說自己並沒有拉響警報，也沒什麼意外。村川有些疑惑，剛巧一只貓出現，他跟警衛甲恍然大悟，原來是這只貓誤觸了防盜住宅的安全警報，這樣的事情以前也發生過。隨後村川叮囑兒島小心些，就跟警衛甲一起離開了。
這次前來的相關證人和嫌疑人就是這三個人，除了泉武雄，還有死者的女兒兒島千尋，這個千尋不到30歲，容貌中上，臉上有些戾氣。第一個發現死者的是吉岡十郎，身體稍胖的中年男子。吉岡十郎見目暮警官不停向小五郎介紹情況，好奇詢問這個小胡子是誰啊，大叔洋洋自得地報上名字。吉岡十郎和兒島千尋都大吃一驚，臉色變得很難看。千鈞暗道，毛利叔叔的名氣是越來越響，做了虧心事的人甚至沒做虧心事的人听到他的名號總會大吃一驚。
兒島千尋來家里看望母親的時間是從8:50到9:10，而吉岡十郎到達的時間是9:20，報警的時間是9:31，吉岡到來時候外門是打開的，其他的門窗是鎖好的。柯南感覺很奇怪，死的人是兒島千尋的母親，兒島千尋卻絲毫沒有悲傷難過。目暮警官詢問兒島千尋，「在你離開時，你母親還活著對嗎？」兒島千尋惱怒，「這還用說，你這什麼意思嗎？難道我會殺害母親嗎？」目暮警官急忙擺手表示自己沒有這個意思。所以目暮警官推斷行凶時間是在9:10到9:20分之間。小五郎推斷凶手必定是三人中一個，目暮認為泉武雄的嫌疑可以排除。
兒島千尋卻說母親兒島郁子正打算控告泉武雄，因為泉武雄擅自從事股票交易，使兒島社長損失了3億多元。小五郎听完後認定凶手就是泉武雄，千鈞極力支持，可大叔的推理太荒唐了。小五郎認為泉武雄去而復返進行殺人行動。柯南反對，在9:10到9:20這段時間內，泉武雄不可能行凶，因為9:40分時泉武雄在貝卡橋餐廳前，從那里開車到兒島宅最快也要50分鐘。小五郎和目暮都認可了這個推理，泉武雄的嫌疑被排除。
千鈞懷疑泉武雄是否利用了什麼別的手法，柯南搖頭，監控錄像沒有拍到泉武雄再次進入兒島宅的畫面。吉岡十郎提到兒島千尋因為結婚對象的事情早就跟母親斷絕了關系，她的丈夫現在還在獄中。兒島千尋承認了跟媽媽不和，但否認有殺害母親的動機。吉岡十郎冷笑，「你們夫妻上次向社長借錢，被她嚴詞拒絕了。為了那件事情，你們母女鬧得非常不愉快，不是嗎？」兒島千尋大怒，揭穿吉岡十郎同樣有殺人動機，吉岡每次在業務上跟兒島社長對立，「你還說總有一天，一定要把她殺掉，不是嗎？」吉岡也惱羞成怒。
不過，大家都明白了，這三人都有足夠的殺人動機。小五郎詢問三人到這里的目的，兒島千尋說母親把自己叫來教訓了一頓，小五郎冷笑，「所以你們鬧得很不愉快，你就把她殺了？」千尋大怒，「你少胡說八道，糊涂偵探！」小五郎氣得鼻子都歪了，「什麼？糊涂偵探？」目暮警官急忙安撫毛利，讓他冷靜一下。吉岡十郎聲稱自己來這里跟兒島社長商量一點公事。柯南也認定凶手就是吉岡和兒島中的一個，可千鈞覺得那個泉武雄也非常可疑。
目暮警官再次打開攝影錄像，讓大家一起觀看，如果發現什麼或者有疑問，就馬上告知警方。看到兒島郁子出來跟警衛答話的那段錄像，柯南覺得某些地方不對。等看到最後的吉岡十郎從被害人房間出來時，柯南和千鈞一起喊停。目暮警官疑惑，柯南先問，「吉岡先生，你為什麼又到外面去了？」吉岡聲稱自己要去報警，柯南露出笑容，「屋里就有電話，你為什麼要到外面去打呢？」
小五郎和目暮也覺得奇怪，吉岡頭上汗，「因為我是開車來的，發現尸體就很害怕，所以跑回車上用手機打電話報警……」目暮警官點頭，「勉強解釋的通，普通人面對尸體確實不舒服。」千鈞冷笑，「在你被嚇得逃出去之前，你在凶案現場足足停留了10分鐘，你不會變t有欣賞y尸的嗜好吧？」所有人都一臉黑線，那位兒島郁子都已經過50歲了，死了也夠不上y尸，吉岡頭上都是冷汗。
毛利和目暮都明白過來，「太可疑了，這10分鐘你到底在干什麼？」吉岡被千鈞剛才的話雷到了，一時啞口無言編不出謊話來。柯南指著屏幕，「吉岡先生出去的時候好像手里拿了些什麼東西。」目暮警官經柯南提醒也注意到了，讓吉岡必須解釋這是什麼文件，吉岡哆哆嗦嗦抵賴不過，交出了那份文件，大澤偵探報告書。看完報告，目暮警官明白了。原來吉岡十郎盜用公款，兒島社長請了大澤偵探進行詳細調查，這就是調查結果。
吉岡無奈，「這件事情要是讓政府知道，我的一生就完了。」小五郎推斷，「你們因為這件事情談得不愉快，你就把她給勒死了，10分鐘的時間足夠了。」吉岡大驚，站起身來否認，「我到這里時她已經死了！」小五郎不屑，「你這種話誰會相信啊！」吉岡急怒交加，聲稱自己沒有撒謊，他發現兒島社長死了後，就在房間里到處找這份文件，所以耽誤了時間。小五郎接話，「所以你就先把文件藏在車里，再向警方報警。」吉岡點頭承認，目暮警官見事情都清楚了，打算抓吉岡十郎回警局。
兩個警察過來抓住吉岡，吉岡辯解，「我盜用公款是真，不過我沒殺人啊！真的不是我！請你們相信我！」千鈞苦笑，誰讓你之前作偽證欺騙警方，現在警方再信你才有鬼呢。柯南再次觀察了兒島社長的尸體，終于找到了不對的地方，明知道有人前來拜訪，偏偏身上還穿著睡衣。小蘭畢竟是女孩，對敷面膜也很有心得，她發現死者的面膜上沒有一點皺紋。千鈞也發現破綻了，攝影機上的兒島社長出來答話時嘴上還有口紅，而死在地上時卻沒有一點口紅的印記。
目暮警官吩咐兩個警察將尸體抬走打算帶回去檢驗，柯南急忙阻止，說出穿著睡衣的破綻，而被人勒死，死者臉上的面膜卻沒有皺紋。小蘭肯定了這一點，目暮警官急忙命令手下將面膜取下來看看。結果令人震驚，兒島郁子的臉上全是驚恐的皺紋。小五郎也立即判定，「凶手是殺死被害人後，才在她的臉上涂上面膜的。」目暮警官補充，「然後再給她穿上睡衣。但是為什麼呢？」千鈞詢問兒島千尋，「你到這里時，令堂就是這樣嗎？」兒島千尋順口回答就是這樣。所有人都驚訝看著她，兒島千尋有些疑惑，急忙說村川警衛可以證明。
千鈞笑出聲來，「哎，兒島小姐，我記得錄像里面你母親出現的時候好像涂著紫色的口紅啊，當時整個臉都被面膜蓋住了，警衛應該認不出兒島社長了吧！」小蘭也說女人在做面膜時通常要先洗臉卸妝的，不應該有口紅的。柯南也指著兒島千尋，「真奇怪，現在死者身上並沒有口紅痕跡啊，而這個阿姨的口紅也是紫色的。」小五郎立即明白了，「原來那個涂上面膜回答村川警衛問題的人是你吧，兒島小姐！你因為借錢被拒就變成了導火索，然後狠心殺死自己的母親……但你沒想到這里的安全警報系統因貓誤報，警衛過去詢問，你就急忙裝成母親的樣子出去把他們打發走了。你涂上面膜，穿上睡衣，再加上你們本是母女，當然輕易混過去了。但是你匆忙中忘了擦去口紅就出門見了2名警衛。」
兒島千尋見事情被拆穿，只好承認是自己偽裝成母親的，幫母親臉上涂上面膜的人也是她，「但我來的時候媽媽已經死了。我雖然總跟媽媽吵架，但單憑這點就能認定我殺了媽媽嗎？」目暮警官揮手，過來2名警察將其扣起來，兒島千尋大喊，「真的不是我，請你們相信我！」千鈞苦笑，又是一個做偽證的，早知道如此剛開始何必撒謊呢！柯南覺得還是有些問題，死亡時間再次移動。柯南觀察尸體後，急忙詢問鑒識人員一些問題，得到了答案。
泉武雄提出自己是否可以回去了，目暮警官點頭，「這次麻煩你了，以後如果還有事情詢問，還請你配合。」泉武雄答應一聲，向外走去，柯南讓千鈞故意絆了他一跤。泉武雄摔倒在地，千鈞急忙道歉，泉武雄表示沒關系。小五郎奇怪柯南這下子在旁邊瞎晃什麼，而柯南在泉武雄身上發現了證據。隨後沉睡小五郎出現，千鈞也攔住就要離開的泉武雄。
小五郎發話，「這樣不好吧，泉武雄先生。你這個主角如果要是退出舞台的話，那這出戲還怎麼演完？」泉武雄詢問毛利偵探是什麼意思，毛利偵探回答已經知道真正的凶手是誰了。目暮惱怒，「毛利老弟，你剛才不是說兒島小姐是凶手嗎？」「我可沒有那麼肯定，我只是將她的掩飾工作拆穿了。兒島小姐這麼做卻幫真正的凶手制造了不在場證明而已。」小蘭道，「真正的凶手，難道是……」大家的目光都轉向泉武雄，泉武雄急忙說，「別開玩笑了，我不是不可能犯案嗎？你們剛才不是替我作證了嗎？」
千鈞有點明白過來，「如果兒島小姐所言是真的話，命案的時間就是在9點以前，你的不在場證明就不成立了。」泉武雄辯解，「你不要胡說，這個女人的話怎麼能相信呢？毛利偵探，你憑什麼認為我殺了兒島社長？」小五郎詢問，「兒島小姐，你母親的眼楮是不是不太好？」兒島千尋給以肯定回答，「她這個人注重外表，最討厭戴眼鏡，所以一直戴著隱形眼鏡。」小五郎請目暮警官再次檢查尸體，死者應該只有左眼戴著隱形眼鏡。鑒識員確定這一點，報告沒有找到右眼的鏡片，目暮警官大怒命令仔細搜尋。小五郎嘆息，「你怎麼找都找不到，因為那個眼鏡還在凶手身上。」
大家都看向泉武雄，毛利偵探繼續推理，「對，另外那個消失不見的隱形鏡片就在你褲腳的褶縫里。」泉武雄滿頭大汗，目暮警官親自過去檢查，果然找到了右眼的鏡片，這次可是鐵證如山。泉武雄驚駭，「怎麼會這樣？」小五郎指出，「這不是偶然的，而是你和被害人肢體糾纏之際掉下來的，所以這個鏡片只能在凶手身上找到。」泉武雄再次轉身逃跑，發現跑了幾步，居然還在原地踏步，引起一陣笑聲。泉武雄大駭回頭，才發現千鈞抓住了他後衣領子。
千鈞將泉武雄扔倒在地，泉武雄知道逃跑無望，只好說出了殺人動機。泉武雄按照兒島郁子的吩咐投資失敗，兒島郁子卻反過來把責任都推給泉武雄，還要把他告上法庭，逼泉武雄的父母賣地幫兒子還債。為了保護父母不受牽連，憤怒的泉武雄勒死了兒島郁子。
問題都解決了，因為兒島千尋作偽證差點導致警方抓錯人，目暮警官給了她嚴厲的警告，並記錄在案後，將其釋放。毛利小五郎醒來後，有些疑惑，千鈞只好拐彎抹角地提醒他破案的大致結果。四人走出來後，目暮警官也準備帶著凶手離去，「毛利老弟，辛苦你了，這一次又多虧了你的幫忙才能破案。」小五郎表示謙遜，目暮大笑，「你辭去警察工作真是警界的損失啊。」小五郎自得地大笑起來，目暮警官臨走時大喊，「以後還要麻煩你了。」小五郎得意洋洋，「沒問題，警部！」
千鈞提議是否慶祝一下，小五郎大喜，「不錯，應該好好慶祝一下，吃過夜宵再回去吧。這次我請客。」千鈞好笑，「大叔，你總算開口了。」小蘭黑著臉潑冷水，「爸爸，又要去吃拉面，對嗎？」小五郎惱怒，「胡說八道，你老爸怎麼會那麼小氣！」柯南和小蘭也大喜過望，毛利大叔卻大叫，「這次我們就吃叉燒面慶祝吧！」然後吐著舌頭大笑起來，柯南惱怒，「我就知道會有這種結果……」千鈞汗，「大叔，你也太吝嗇了吧！」
尾聲，因兒島郁子將投資失敗的責任嫁禍給泉武雄並強逼其父母賣地還債，泉武雄被逼無奈殺害兒島郁子，法庭酌情判處泉武雄4年徒刑。吉岡十郎挪用巨額公款，被法庭強行以其所有財產抵債，並判處2年徒刑。因兒島郁子並無其他子嗣，盡管已經聲明跟兒島千尋斷絕母女關系，但經過律師的努力，兒島千尋還是順利繼承了所有遺產。毛利小五郎因破獲敷面膜殺人事件，警視廳給以b級獎勵。