目暮等人對柯南的能力早就免疫了。目暮道，「現在剩下鑰匙了。犯人是如何把鑰匙放入水中的呢？」幾個警官開始猜想鑰匙之謎。柯南和千鈞在角落里商量。柯南道，「還有兩個疑點。為什麼犯人在柱子和門鎖上，不像牆壁一樣亂畫，而是故意整條畫呢？」千鈞一愣，「你不說我還真沒注意到這個，恐怕大叔他們也都忽略了。」柯南道，「很可能是犯人的障眼法。還有那個氣窗……很難想象犯人早就把那里打開了。」柯南猛然驚覺，「打開的不僅僅是氣窗！」
毛利小五郎突然爆發，「我明白了！」千鈞和柯南一起吃驚，「真的假的？」小五郎自信滿滿，「我明白了，目暮警官！」目暮詢問，毛利道，「我收回前言，他不是自殺，而是被殺的。請大家跟我來。」毛利帶著大家來到玄關門口這里，「要解開這把戲的關鍵，就是這個信箱口。」信箱口就在玄關門上，是為了讓郵遞員投信方便。
毛利解釋，「犯人首先把一條線連接到模型上，然後拉到玄關這里，從信箱口拉到外面。然後用鑰匙上鎖，再把鑰匙放到一條線上，把另外一條線晃動，鑰匙就慢慢往房間去了。經過模型的水中時，廁紙就遇水而斷，鑰匙就掉落水中了。」
小五郎很自得，「如何？這樣謎底就解開了吧？」目暮稱贊，「原來如此，不愧是毛利！」小五郎吐著舌頭哈哈大笑。千鈞月復誹，「怎麼听都像服部平次曾經演示過的密室殺人手法。」柯南眼鏡一亮，「原來如此，所以才會……」
柯南再次開始拆台，「叔叔，我有點不太明白。這個玄關到客廳是個直角方向。」毛利問道，「那又如何？」柯南道，「如果把線從這里拉到客廳的話，會在拐角的柱子上留下痕跡。」毛利和千鈞過去查看，很遺憾，柱子上沒有任何線痕或者摩擦的痕跡。
毛利徹底傻眼了，推理失敗。柯南思索，「犯人故意在柱子上涂蠟筆，是為了讓人知道他不是用線去作案的。而且門鎖這里也有。」毛利努力辯解，「我明白了。犯人是直接從信箱口利用線把大門的鎖給……」千鈞指了指鎖上的整齊畫痕，「顯然不是這樣的。」毛利蔫了。
毛利搖頭晃腦，「哦，對了，是氣窗！犯人就是利用剛才那種方式，用氣窗做出來的。」目暮走到氣窗下，「理論上是行得通。」宗田太太道，「不，那是不可能的。」直子問道，「為什麼呢，婆婆？」光江打開窗戶，讓大家向外看，「看到沒有，外面燈柱那里有一只狗。它可是一只很棒的看門狗。除了家人之外，看到其他人都會狂吠。對吧，城戶？」
城戶苦笑點頭，「是的，我常常被它吠。」燈柱頂部的夜光燈燈光明亮，有很多昆蟲繞著頂燈飛動，狗就臥在下面。文良道，「原來如此。外面庭院如此空曠，如果有人在那里做奇怪動作的話……」光江道，「它會叫得更大聲，很麻煩的。」毛利徹底喪氣了，「這樣也不行啊！目暮警官，看來真的是自殺了。」目暮也陷入沉思，文良叫道，「等等，浴室關閉的燈怎麼解釋啊？」高木道，「是啊，還要再想想。」
柯南低聲道，「不，他是被殺的。」千鈞道，「這我也猜到了。可是凶手是怎麼做到的呢？」柯南道，「犯人很可能是……」千鈞看向城戶，「嗯，被害者的傷口只有一個地方，一點其他傷痕也沒有。一刀狠狠地割下去，能夠這麼準確做到的，只有有醫學觀念的人，或者是特殊訓練的殺手。但是，到底是用了什麼手法呢？」柯南看向窗外的夜光燈，「等等，玄關的外套，整個房間都是蠟筆，還有……原來如此！所以才會將氣窗打開了一半。變成了似密室又不是密室的密室。」
千鈞依然一頭霧水，想不通凶手是怎樣把鑰匙扔到水中的。柯南思索，「現在只剩下證據了。一定有什麼線索，一定有……」毛利等人都圍坐在模型前，仔細思索，希望能想出辦法。柯南覺得有奇怪的味道，是從城戶身後褲兜里的手帕上發出來的。文良道，「那個模型塔上好像有甲蟲的氣味。」柯南急忙問道，「真的嗎，文良哥哥？」文良點頭，「是雌性獨角仙的，應該沒錯。」柯南暗喜，「說不定……」
柯南急忙向里面房間跑去，千鈞跟了過去。宗田太太還在那里發呆，柯南看見桌上倒扣的杯子，「這是婆婆裝果汁的杯子嗎？」光江點頭，「是啊！咦，奇怪了，阿真竟然會洗杯子……」柯南大喜，「果然，這樣證據就有了。」小蘭疑惑，直子有些好奇，仔細看著柯南的舉動。
目暮警官對城戶道，「謝謝你的協助，今天就到此為止……」柯南跳起來大叫，「我知道了！」大家都是一愣，柯南笑道，「我知道犯人是用什麼手法了。」直子驚嘆，「什麼？真的嗎，柯南？」柯南點頭，「嗯，我現在就做給你們看。婆婆，鑰匙借我。」毛利不屑，「笨蛋，你怎麼可能會知道？」直子笑道，「那可不定哦，大叔。柯南的腦袋與新一是如出一轍的，可不要因為是孩子就小看他。」光江走出來，把鑰匙遞給柯南，「這樣可以了吧，小鬼？拿去吧！」
柯南笑著接過鑰匙，「謝謝。你們在這里等一下，千鈞哥哥，文良哥哥，你們來一下，我需要你們的幫助。」千鈞和文良一愣，一起跟了上去。來到樓下的城戶房間，柯南從里面取出了一只昆蟲，獨角仙。文良驚嘆，「原來這個城戶也是個昆蟲迷啊！」柯南向文良詢問了一些問題，得到確切回答後，三人再次返回4樓。柯南把那件藍色外套放在玄關地上，毛利疑惑，「喂，你到底想做什麼啊？」柯南笑道，「別問這麼多了。千鈞哥哥，等我出去後，把燈關掉。把這里布置成我們第一次進來時一樣。」
千鈞表示明白，「我知道了。」弄好了，柯南向外走，「準備好了嗎？我要開始了。請大家安靜。」柯南打開門來到外面。毛利哼了一聲，「一副神氣的樣子！」千鈞把燈關上。通過信箱口，柯南把獨角仙扔了進來，獨角仙身上綁著一把鑰匙。比較黑，目暮道，「好像有什麼東西掉進來了。」文良道，「是甲蟲，雄性的獨角仙！」獨角仙在藍色外套上爬了一會，忽然離開外套，順著走廊向里面房間爬去。文良有些明白了，其他人都非常驚奇。
獨角仙拽著鑰匙，順利進入了里面房間。毛利吃驚，「什麼？」大家急忙跟進去觀看，城戶的頭上出現汗。獨角仙爬到了模型上面，綁著廁紙繩子的鑰匙滑入了水中。獨角仙在上面爬行一會兒，廁紙溶斷，鑰匙掉入水底。獨角仙爬到了模型的紀念碑的最高處，然後起飛了，帶著剩余的繩子，從氣窗飛到了外面。大家一起來到窗前觀看，獨角仙在外面繞著夜光燈飛翔。現在大家都明白了，千鈞把燈打開，柯南笑道，「如何？」直子抱住柯南，「哇，柯南，你太厲害了，虧你怎麼想到的！」
文良開始向大家解釋獨角仙的情況。獨角仙，又稱雙叉犀金龜、兜蟲。體大而威武。屬于鞘翅目，金龜子科。獨角仙為益蟲也可以是害蟲，適當的數量不會造成森林的破壞；而數量過多的話，成蟲會對樹木造成嚴重的侵害。
獨角仙有著雄壯有力一只獨角而著稱，因其角的頂端分叉。幼蟲生活在腐植土及朽木中，大顎 壯有力，啃食腐植土及木材；成蟲則吸食樹汁為生，飼育時可喂食隻果、鳳梨等。雌雄異型，雌蟲無角，類似大型金龜子。獨角仙一年發生1代，成蟲通常在每年6－8月出現，多為夜出晝伏，有一定趨光性。全世界具有大型犄角的獨角仙目前約有60種，其他犄角較小或不明顯的種類約有一千三百多種。
文良滔滔不絕，「獨角仙算是好看好玩又好養的昆蟲，成蟲力大無窮，可拉動比身體重數十倍的物品，看它狂而有力的振翅，竟能推動其堅硬而笨重的裝甲飛上天空，除了心里充滿震撼之外，也算是照顧獨角仙的一大享受……」
目暮表示明白了，「千口，你不用再介紹了。原來如此，這就是犯人使用的方式。但是，為何會知道選用獨角仙呢？」文良也笑了，「是味道吧。」柯南點頭，「在這模型的塔頂，沾有雌性獨角仙的味道，所以雄蟲就爬過來了。」小蘭問道，「那玄關放在地上的外套呢？」柯南道，「犯人是為了讓獨角仙方便爬行，所以才會放在那里的。」文良解釋，「因為如果是平地或者光滑的地方，甲蟲就很難移動了。」柯南道，「這里的走廊和客廳都鋪著地毯，所以甲蟲很容易爬進來。」
目暮道，「就是說這里的環境有利于犯人了。」高木擊掌，「柯南，你真厲害啊！但是剛才的獨角仙，你從哪來拿來的呢？千口家那里雖有，但太遠了吧！」柯南笑道，「我擅自把城戶先生所養的獨角仙拿來的。對不起，跑掉了一只哦，城戶先生。」城戶有些緊張，「啊，不，沒關系。」大家的目光都轉向城戶，覺得這個人有點可疑。柯南笑問，「城戶先生，今晚我們去叫你之前，你進過這個房間嗎？」城戶急忙道，「不，沒進來過。」千鈞質問，「真的嗎？不會錯嗎？」
城戶惱怒，「當然，你們為什麼這麼問？」柯南道，「那為什麼城戶先生的手巾，會有婆婆自制的果汁的味道呢？」城戶大驚，本能地捂住褲子後兜里還露在外面的手帕。柯南道，「婆婆拿果汁過來，是晚上五點左右。城戶先生，你把阿真先生喝過果汁的杯子洗過了吧？而且在那時，你用自己的手帕把掉落在地上的果汁給擦掉了。你為什麼這麼做呢？」文良不知道從哪里拿出一只雄性獨角仙，「那是擔心雄性甲蟲會因為果汁的味道比雌性甲蟲的味道還濃，而跑到模型以外的地方。」
城戶支吾不語，柯南道，「你把雌性甲蟲的體液涂在模型的頂端，以此來引誘雄性的獨角仙。多虧了文良哥哥非常熟悉這些甲蟲的氣味，才發現了這個秘密。」文良道，「利用無辜的可愛獨角仙來完成殺人事件，你真是可恨可惡啊！」大家一起汗，千鈞吐槽，「沒覺得獨角仙有多可愛！」宗田太太惱怒，「城戶，難道真的是你？」城戶無法狡辯了，目暮和高木、橫山一起圍過來，「請把身後的手巾拿出來，交給我們吧。」城戶苦笑，「我真是糊涂啊！布了這個局之後就非常興奮，忘了把手帕處理掉，就大喝慶功酒睡著了。」
目暮問道，「你為什麼要殺害宗田真呢？」城戶慶彥道，「1年前，他提議從大學醫院把安眠藥偷出來賣，結果他現在卻說什麼不要玩了。我听說今晚毛利小五郎會過來，怕他泄露出來後果不堪設想，就……」毛利大怒，「你這個混蛋家伙！」千鈞道，「安眠藥並不是禁藥，就算被發現盜賣，也不會有多大的罪行，何至于殺人呢？」城戶哼了一聲，「罪行是不大。可是會影響我的畢業！我可不想辛苦讀了4年的大學，因為這件事被拆穿而被校方勒令退學……」
文良也難于理解，「僅僅因為這個就去利用獨角仙來殺人……」宗田光江忍不住上前狠狠給了城戶一記耳光，城戶皺了皺眉頭，沒有說話。宗田太太低聲哭泣，毛利嘆氣，「我想阿真他真的後悔了，所以才會想不再繼續下去了。雖然現在講這些已經太遲了。其實人的生命，比你想象中的還要寶貴啊！」城戶似乎不屑一顧，文良道，「漠視生命的人，不配豢養這些生命歷程璀璨而又極其短暫的昆蟲！」毛利大聲道，「城戶，你就在監獄里好好反省吧！花一個很長的時間！」城戶臉上終于有了愧色，橫山刑事過來給他戴上了手銬。
高木道，「千口，還要麻煩你一件事，如果你能幫我們把那只幫凶的雄性獨角仙找到，就再好不過了。」千鈞汗，「喂喂，各位警官，你們不會想連這個也要存檔吧？」目暮警官道，「按照規矩，在案件完全結束前，所有相關的東西都要封存的。那只獨角仙可是重中之重啊！」
直子好笑，「它應該早就飛走了吧？怎麼找呢？」文良嘆氣，「還是有辦法，不過比較麻煩一些。可以肯定的是，那只獨角仙身上也帶有繩子，到時候就可以辨認出來。」結果就是忙乎到半夜凌晨，文良利用了很多雌性的獨角仙，在附近引來許多雄性獨角仙，終于找到兩只帶繩子的雄性獨角仙，其中一只是柯南放出去的。
證物搜集齊了，文良用特殊的器皿裝好兩只獨角仙，跟隨目暮等人去警局存檔備案。千鈞等人先回到毛利偵探事務所，直子要向小蘭借一件用品，順便給小蘭帶來一些她們不需要的物品。小蘭感嘆，「光江婆婆真可憐！」直子也道，「白發人送黑發人，人生最痛苦的事情莫過于此。」毛利嘆氣，「雖然不能代替阿真，你們女孩子有空就過去看看她吧。」小蘭和直子點頭。
直子忽然笑道，「不過今晚柯南的表現好厲害啊！就算新一在這里，也不過如此吧。等柯南長大，平成年代的福爾摩斯與華森就該退居二線了！」小蘭笑著模著柯南的頭，「是呢。我也很驚訝喲！」柯南急忙道，「沒有啦！因為平時都在叔叔身邊听著那些名推理……」千鈞笑道，「對，這就叫做名師出高徒！強將手下無弱兵！」毛利立即來了精神，吹噓道，「這就是耳濡目染！因為我的關系，讓柯南在不知不覺中學會了如何推理！」毛利吐著舌頭狂笑不止，柯南汗，「叔叔還是好好學學怎麼推理吧！」
尾聲，城戶慶彥因盜賣安眠藥之事殺死宗田真，被法庭判處6年徒刑。柯南破獲水中鑰匙密室殺人事件，警視廳給以偵探團b級獎勵，錢由千鈞這個監護人轉給少年偵探團，元太等人對此大為欣喜。這次的案件，利用了甲蟲來完成密室，在媒體上引起了轟動，在東京再次掀起了昆蟲熱。借著這次事件的炒作，文良成功地賣出了更多的昆蟲，發了一筆小財，讓他的女友澤口雲靈頗為欣喜。