柯南从学校溜出来，跑到警视厅来进行所谓的侦探游戏，听完千钧的详细介绍，柯南开始分析，并树玉成跟近卫于林二人的话彼此吻合，无论从时间还是动机上都不大可能。真正有嫌疑的是川中任之，但他不会开车，这与武成太郎的证词不符。还有真正令他感到奇怪的是三宫隆飞，既然他平日跟大家的关系不是特别要好，为何会主动陪川中去外面喝酒直到晚上9点钟呢？
很快，川中顶不住毛利小五郎的恐吓威胁，说出了周六晚上的去向，原来他喝酒出来后不是闲逛，而是凑巧碰到了一个提供特殊服务的女子，后面事情就自然而然生了，等完事后才回到宿舍。但他记不清女子的姓名和二人生关系的处所了，只知道大概的区域范围。高木就跟千钧到附近查找那名女子，二人费了九牛二虎之力才找到那名美艳女子小樱，小樱坚持不承认自己跟川中做过那种事情。
这时又有人报案在案现场附近现了一件血衣，衣服就是日红公司的制服，登米鉴识也证实了上面的血与两名死者吻合，可以肯定是凶手行凶时所穿，但现场留下的纤维却跟这件血衣纤维不符。目暮警官等人都大为奇怪，周日那天他们明明仔细搜查过来，怎么可能遗漏这么明显的证物呢？而凶器的来源也查明了，的确是从一家刀具店出售的，但是店员记不清是谁买的了，只知道是个青年男子。
到这里柯南已经隐约知道了事情的真相，真正有问题的不是川中，而是三宫。他提出优先集中力量调查三宫的情况，但被毛利侦探否决了，小五郎坚持认为川中就是凶手。而这时候经过辨认，川中认出了这件血衣就是自己的制服，他说自己的制服已经丢了好几天了，有人在故意陷害他。毛利侦探哈哈大笑，认为自己的推理完全正确，川中任之就是凶手，这件血衣就是最直接的证据。柯南也认为川中所说不假，的确有人故意陷害，所有的事情都是三宫所设的圈套，那件血衣就是画蛇添足的证据。
这时，面对小樱的拼死抵赖，高木有些束手无策，千钧让高木警官到外面回避一下，随后高木就听见里面传来小樱异样的叫声。过了一会儿后，千钧请高木进来。小樱揉揉胸口，那里有千钧刚才塞进的不少钱，她笑着交代了那天晚上的确跟川中任之在一起，为了证明自己这次没有说谎，小樱还详细说了二人所做的具体动作以及川中身上一些隐秘的地方，不过，她希望警方能替自己保密，高木听得有些面红耳赤，千钧有些好笑。这样川中任之的不在场证明就成立了，毛利侦探的推断是错误的，小五郎彻底傻眼了。
当天夜里，三宫隆飞将川中任之骗到外面一座废弃的大楼上，打算将其推下去造成畏罪自杀假象，将所有罪行嫁祸给川中，一直埋伏在这里的佐藤和高木提前出现阻止了他的行凶，将其当场擒获。而同时，千钧和柯南也闯入了三宫锁着的那个宿舍房间，千钧抱怨自己为什么每次都要听柯南的，来私闯民宅做些偷鸡摸狗的调查。柯南笑着从三宫枕头底下现了吉泽的很多照片，证实了三宫的确在追求吉泽。宫本由美也查实了三宫有一辆汽车，武成太郎觉得那辆车挺像自己见过那辆，但经过调查车上没有现有用的线索。
星期二，在警局，目暮警官等人提审三宫，所有的证据都指向三宫就是凶手，但三宫非常嚣张，拒不承认自己就是杀害北川和吉泽的凶手，还说晚上到大楼去只是跟川中谈心，并没有打算杀人。佐藤和高木为了川中的安全提前出手将其抓住，自然没有等到他把川中推下楼才行动，但是这样一来就给了三宫狡辩的机会。
松本警视过来告诉大家一个消息，三宫隆飞的父亲是日本政府的高层人员，家里的背景非常深厚，告诫大家一定要慎重，必须要有确凿的证据才能对三宫进行起诉。三宫也不断叫嚣着，“你们这些糊涂警察竟然敢诬陷我，我要把你们都告上法庭，让你们警视厅臭名远扬！”佐藤警官大为恼火，几次想要动手扁他，都忍了下来。高木警官将卖刀具的店员带来认人，店员见到三宫后，直接肯定地说买那把刀子的青年男子不是三宫。武成太郎也确定晚上停车人的声音绝不是三宫隆飞的，在这种情况下，目暮警官迫不得已只好下令放人。
毛利侦探也有些头疼，这个案件看上去简单，没想到到这么麻烦。千钧也点头，“是啊，其实采用高智商犯罪手法的案子，只要推理出犯人采取的手法，往往也就能够找到相应证据，直接就能逮捕凶手。真正头疼的就是这种案子，手法非常简单，动机也很明确，但找不到足够的证据能够证明凶手行凶。”
目暮警官思索，难道侦破方向又一次错了吗？高木也怀疑是不是武成次郎那个疯子才是真凶？佐藤询问柯南有什么看法，柯南露出笑意，“我认为凶手肯定就是三宫隆飞，他意图谋害北川绝不会错，尽管他身上没有凶器。他确实也在暗中追求吉泽。如果我的推理没有错的话，三宫一定还有个帮手，买刀子和开车的人都是这个人。你们想想看，单凭三宫一个人能够轻易杀死北川和吉泽吗？那个北川也不是什么善茬，吉泽更不是束手待毙的女人。”
所有人都对柯南大为叹服，小五郎也震惊，这个小鬼什么时候变得这么厉害了。目暮警官吩咐其他警员仔细调查与三宫接触的不良份子。这时，于泽打来电话，声称武成太郎在回去的路上，见到了那晚上停车的人，那人上了一辆出租车离去了。目暮警官急忙让于泽和武成太郎再来一趟警局，二人到后，武成太郎说一下子听出了那人的声音，那人在用手机跟一个名叫飞哥的人通话，他通过声音确定就是那晚的停车人。这下子，大家全都有了信心，柯南的推理是正确的。很快，警方查到了三宫隆飞有个死党，名叫火野安盛，是一个放高利贷为生的人，无恶不作有钱就干是出了名的。
同时，三宫也在安排火野离开东京，到外面避风头。警察赶到火野安盛住处时，火野已经逃之夭夭了。而负责跟踪三宫的警官也现三宫突然消失了。登米鉴识从血衣里面的内附物上现新的线索，证实内附物不是川中的，这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缉三宫和火野二人。柯南突然想起一件事情，“高木警官，千钧哥哥，你们还记得那个证实川中无辜的小樱吗？你不觉得奇怪吗？一般做这种工作的人会跑到很远的大街上去拉客吗？是不是啊，毛利叔叔？”
小五郎也醒悟过来，“原来如此，提供特殊服务的女性通常在酒吧等娱乐场所，晚上入夜后开始寻找客人，很少会在晚上十点左右跑到外面远处主动拉客，那么，小樱一定是受了某人的指使。”千钧暗道大叔果然有经验，高木警官在这方面明显差了很多，柯南也大声称赞，“叔叔果然是名侦探啊！”小五郎吐着舌头哈哈大笑。
高木和佐藤二人马上再次前往寻找小樱，然而二人这次扑空了，小樱已经离开住处了。佐藤立即判断，她肯定去了车站，打算乘新干线离开。二人风风火火追到车站，在小樱即将登车之际成功将其抓回来。回到警局后，小樱交代了火野安盛是她的常客，是火野安排她刻意与川中任之邂逅的，火野答应事后再付给她一大笔钱，上次高木找她进行调查取证，她也听说出事了，心里害怕就打算离开东京。目暮警官明白，所有的事情都跟火野安盛有关，必须将其抓住才能指证三宫隆飞。
星期三，文良听千钧说起这个案子，就兴致勃勃地提议去寻找火野，千钧苦笑这家伙摆明了是想拿枪显摆一下，恰巧柯南也有同样的意思。于是千钧、柯南、文良三人带上枪和黑闪，依赖黑闪的追踪、柯南的推理以及千钧敏锐的直觉，开始艰难地追踪火野，一直到这天晚上深夜，终于在郊区附近，找到了身受重伤倒在地上的火野，三人大吃一惊，急忙叫来救护车将其送往医院。
目暮警官他们都闻讯赶来，证实了火野是被人用车撞倒的。警官们也找到了在家里住处休息的三宫，将其带回警局。三宫大为恼怒，让警官们必须拿出证据，否则他会向上面检举。这时，交通局的人找到了撞人后被遗弃的汽车，并在车身的保险杠上现了血迹，宫本由美立即通知了佐藤警官，警方也随后证实了上面的血迹就是火野的。而此车的车主却说自己上午去外面吃饭时这辆车就丢了。
星期四上午，三宫的母亲以及委托律师也都到了警视厅，松本警视亲自接待，但拒绝了他们的探视请求。趁着这个机会，柯南和千钧、文良偷偷调查了三宫母亲的汽车，从上面找到了些线索，证实了这辆车就是案那天晚上出现在现场附近的汽车。宫本由美也根据千钧的要求，查证了这辆车的出入记录，也证明了这辆车到过案现场一带地区。然而，三宫依然大肆抵赖，坚决不肯承认罪行，并威胁目暮警官如果拿不出直接证据，就让目暮警官辞职滚蛋。松本警视也承受了巨大压力，不少高层人士或明或暗地表示关注这个案子。
万幸的是，火野安盛在医院抢救成功，清醒过来，说出了事实的真相。三宫知道吉泽跟川中分手后，几次追求都被吉泽拒绝。周六晚上7点钟，他又托了火野在电话亭打电话，冒充川中的朋友，约了吉泽出来说要把事情说清楚。但吉泽见到是三宫后，嘲讽三宫一顿，说出了自己有了新的男朋友，让三宫这个烂人死了这条心，然后嚣张地离开了。
三宫恼羞成怒，决定报复已经同居的北川和吉泽，在晚上11点时，三宫带着火野二人开车赶到北川的住处，到楼上空旷处突袭杀死了淬不及防的北川和吉泽。当然，作为帮凶，火野从三宫那里得到了一大笔钱。武成太郎也确认了火野的声音就是那晚上他听到的声音，店员也肯定买刀具的人就是火野安盛。登米鉴识等人也鉴定了那件血衣里面的附着物是三宫衬衣上面的，经过柯南的提醒，也证实了案现场现的蓝色纤维，是三宫母亲车上的坐垫纤维。
随后赶来警视厅的毛利侦探与目暮警官总结了案情，三宫被吉泽拒绝后，就精心策划了这场看似简单的谋杀案。三宫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，让火野指使小樱绊住川中。三宫带着火野开着母亲的汽车赶到北川家，将北川和吉泽骗到外面楼顶处，说是有事情要谈清楚，然后动突袭杀人。
警方开始调查时，三宫故意将警方的视线引到川中的身上，为了嫁祸川中，将那件血衣又放回到案现场不远处的隐蔽地方。但警方还是将川中释放出来，三宫就打算杀死川中造成畏罪自杀的假象，没想到佐藤和高木为了川中的安全，提前出现阻止，但也因此不能证实三宫想要将川中推到楼下灭口。后来，三宫又现火野已经暴露，就马上偷了辆汽车，开车制造车祸，打算杀死其灭口。出乎意料的是，千钧、文良、柯南在这之后也找到了火野，及时将其送入医院，保住了这位最重要的人证。现在人证物证旁证都已经形成了完整的证据链，三宫已经是罪责难逃。
案情都真相大白了，开始三宫依然抵赖，说火野故意将罪名推给自己，但在事实面前，抵赖不过，歇斯底里大吼，“都是我干的，那又怎样？吉泽源月她该死，我得不到的东西别人也休想得到。我把北川和吉泽一起送上黄泉路，也算成全了这对狗男女吧，他们两个难道是什么好人吗？哈哈……”
千钧、柯南、文良趁着警方进行最后审讯的机会，到警视厅休息室去补觉，晚上折腾了一夜，三人都累坏了。柯南笑道，“案子到现在已经查清楚了，三宫也承认了，这次他差不多得把牢底坐穿了，检察机关可以进行起诉了。”文良感叹，“没想到做警察这么辛苦，这么简单的案子搞出这么波折来。”千钧微笑，“所以毛利叔叔才不做警察改行去做了侦探。”
等三人睡醒后，已经是下午了，佐藤警官、高木警官带来了午饭，警视厅破获这个大案也是喜气洋洋，大家一边谈论一边吃饭。柯南他们才知道小五郎已经回去了，千钧也接到了小兰的电话，小兰怒气冲冲地指责千钧带着柯南出去做那么危险的事情。而柯南一晚上都没回家，小兰又把柯南骂了一顿，让他以后不要在玩这种危险的侦探游戏了。泄完了后，小兰让千钧赶快把柯南送回学校上学。又过了一会儿千钧又接到了静杨她们三个的电话，她们也抱怨千钧这周总逃课跑去查什么案子，千钧费了一番口舌才安抚住她们三个，表示下不为例。文良苦笑，自己回去后肯定也要面对云灵的疲劳轰炸。
三人在吃玩饭打算马上回学校去，刚走到外面走廊，现几位警官气冲冲地走过来。佐藤奇怪上前询问，几位警官说在看守处所那位三宫隆飞突然疯了。高木大惊，“喂喂，怎么可能，那家伙那么狡猾，怎么可能会疯？一定是装的……”同时，目暮警官和松本警视正在接见三宫家的委托律师，律师声称三宫隆飞具有精神分裂症，还出示了5年前的诊断记录，要求将警方立即释放三宫隆飞。同时，警方也确认了三宫家确实有精神病遗传病史，相关的邻居也能作证，三宫小时候就有些不正常。那位诊断医生也确认隆飞在5年前到他那里进行过诊断，并出示了相关的档案资料。
所有的警官全部抓瞎了，警视厅立即变得气氛凝重，大家都知道这里面有问题，可没有丝毫的解决办法。松本警视无奈打算放人，对方的家族已经频频向警视厅施加压力了。柯南提出一个权宜之计，先将三宫送到精神病医院进行简单的鉴定，再做打算。松本警视摇了摇头，精神病的判断本来就很复杂，很多人不病的时候与正常人无异，医院也很难做出明确的诊断，而且对方肯定也在那边做好了准备。目暮警官抱着试一试的想法，下令将三宫押出来，准备送往东京最权威的一家精神病医院进行检验。
佐藤警官满脸怒色地拽着三宫走到警视厅楼下，准备上车将其押往精神病医院。三宫嚣张地调戏佐藤，大声嘲笑警视厅的这些警官。千钧、柯南、文良都有些无可奈何，高木等警官也都脸色难看，可这就是法律，精神病人不负法律责任，任何人都没有办法。这时，突然间从旁边冲出来一个魁梧的大汉，一把将三宫摁倒在地上，“你还我老婆，你这个混蛋居然抢走我老婆，我跟你没完……”
还没等佐藤反应过来，那个大汉掏出了一把尖刀玩命地向下捅去，三宫出了凄厉的惨叫，等佐藤和其他警官一起冲上去将大汉制住时，三宫已经被捅了数刀，在救护车赶到之前气绝身亡。所有人都没想到三宫隆飞会是如此下场，而警官们也现了这个大汉有些精神不正常，他居然把佐藤当成了自己的老婆，冲佐藤不停地喊，“老婆，你不要离开我啊！你要跟别的男人跑，我就杀掉那个男人，没错，杀掉他，杀掉他……”
随后武成太郎和于泽先生气喘吁吁赶来，证实了这个大汉就是武成次郎。原来，今天中午的时候，他们二人就找到了武成次郎，二人打算再次向警视厅附近的民政部门申请特别救济，希望能够把武成次郎送到精神病院。在二人忙着办理手续填写表格的时候，武成次郎又偷偷地跑掉了。武成太郎的申请再次被民政部门驳回了，因为民政部门怀疑武成太郎有利用弟弟骗取救济金的嫌疑。
武成太郎和于泽失望万分，从里面走出来时现次郎不见了，急忙到处寻找。后来，现警视厅楼下围了很多警官和群众，就急忙跑过来。目暮警官大为恼火，“八嘎，你们怎么回事，为什么不把他锁在家里？你们知道他带刀上街有多么危险吗？”武成太郎也满腹苦水，“警官，我弟弟这个样子，我当哥哥的也不好受啊。他平时也很正常，我总不能将一个大活人天天关在屋子里吧。我可是他的监护人啊，天天怕出事，结果还是出了人命。可政府部门今天又拒绝了我的救助申请，这以后可怎么办啊？”
所有人都无语了，千钧哈哈大笑，“天网恢恢疏而不漏，也许这才是最完美的结局。”柯南也苦笑，“目暮警官，你现在陪这位武成先生再次去民政部门申请救济，我想听完你的说明，民政部门这次一定会批准救济的。”文良也笑了，“不错，看来这个疯子闹出人命也是件好事，这下由不得民政部门不重视了，没有人再怀疑武成次郎的精神状态是假装的吧！”高木也笑道，“政府部门都是这样，真到出事的时候才会认真起来。”果然，等目暮警官跟武成太郎从民政部门出来时，武成太郎已经是满脸喜色，这次获得了一大笔救济金，他终于可以将天天给他捅篓子的弟弟送到精神病院了，这笔钱足够次郎住上3o年了。
尾声，三宫隆飞杀死北川强史和吉泽源月的案件就到此结束了，只有火野安盛因协助三宫杀死二人被判处8年徒刑，武成次郎因确实患有精神病，法庭不再追究刑事责任。这件案子还是在社会上引起了巨大轰动，精神病人犯案和相关的救济问题再次成为民众媒体关心的话题。由于三宫已死，警视厅就没有再给毛利侦探任何奖励，让小五郎大为恼火。千钧和文良二人因及时救了火野，警视厅给以二人c级奖励。