宫本由美得到一次出差旅行的机会，并约了千水千钧陪自己一同前往三重县。二人赶到三重县交通局的办事处，先办理正事，等事情都处理清楚后。当地交通部门的警察们非要给由美接风不可，由美推却不过，只好答应了。等折腾完，由美已经喝了不少酒，支持不住了，千钧扶着她跟那些人告辞，那帮警察用羡慕的眼光看着千钧背着由美离开。
等回到旅馆，由美觉得很难受，千钧苦笑着埋怨，“真是的，不能喝就别硬撑啊！”由美苦笑，“我也不想啊，你也看到了，有些人的职位比我高，实在没办法啊，今天多亏有你在，不然……”千钧冷笑，“你看那帮人，一个个像没见过美女似的，恨不得把你吃了！”由美有气无力道，“我早知道他们没安好心，所以才叫你一起来的。不然我就叫美和子或者高木陪我来了……”千钧恼怒，“喂喂，我警告你啊，不准让高木陪你……”由美已经睡过去了，千钧无奈，只好脱掉她的衣服，帮她洗完澡，把她抱回床上……
翌日，由美醒过来后，非常开心，昨夜睡得非常舒服，自己这个情人还算蛮体贴的。二人起身到外面吃饭时，由美现服务员用异样的眼光看着二人。由美有些纳闷询问千钧怎么回事，千钧低声道，“你昨晚的叫声很动听……骗你的了，你昨晚怎么摆弄都没反应了……”由美红着脸用力给他一记粉拳。吃完饭后，二人前往汤之山山间温泉街，享受温馨浪漫的温泉之旅。
汤之山是位于三重县北部、沿三滝川的海拔318米斜坡上的温泉街，建有许多住宿设施。传说8世纪左右，有位猎人现这里有头正在沐浴的鹿，从而找到了温泉，于是把这里叫作“鹿之汤”。春天可赏樱，夏天能避暑，秋天有红叶，冬天可滑雪，还可欣赏雾松，也是眺望伊势湾远景的好地方，所以一年四季游客不断。
某家情人旅馆温泉池，千钧全力疼爱身材惹火的大美女，由美达到欢乐顶峰出长吟瘫倒在千钧怀里，千钧紧紧抱着温香软玉，细细地抚摸她身上的每一寸光滑柔嫩的肌肤。由美轻轻地低吟着，过了一会儿，妩媚眼睛里的热火再次燃烧，二人很快又疯狂地痴缠在一起……
第二天，二人卿卿我我地穿好衣服，吃完早饭，决定搭乘列车返回东京。没想到离开温泉旅馆时，在山间街听到了柯南的声音，“现代社会的困难事件，只要跟人有关联的案件绝对可以侦破。”二人疑惑走过去，见到了毛利三人组，才知道他们昨天也住在这里，不过是另一家旅馆。三人来汤之山温泉，又是大叔破了案子被当事人请去的，只不过这个案子是个寻找失物案件，大叔自己出马就搞定了。小五郎本来想约橘真夜一起来的，小兰现不妙，带着柯南，厚着脸皮硬挤掉了另外的温泉名额，让老爸的色狼计划彻底泡汤。
大家一起赶往汤之山车站，小兰大声招呼落在后面的毛利小五郎，“爸爸，快点啊！”小五郎摇摇晃晃地走过来，指着前面的列车道，“我们做这列电车要去哪里啊？”小兰恼怒，“这是花镇线的电车。”由美指着上方道，“毛利侦探，我们要做的是停在那边的汤之山线。”小五郎不屑，“坐哪列电车还不是一样？反正这两辆车都是要在花镇车站转车到东京去的。”
千钧跟柯南都一脸黑线，小兰生气，“真是的，再不快点的话，就要搭不上了。”小五郎抱怨，“我昨晚喝酒现在头还在痛呢！你不要那么大声啦！”由美有些疑惑，“千钧，我那晚喝醉，第二天好像没想象中的那么难受啊！”千钧好笑，“还不都是我的功劳，你是睡得舒服了，我可伺候你一晚上，第二天你才精神抖擞，不然绝对比大叔还惨！”由美红着脸轻轻打了他一下，“不准乱说，小兰他们还在呢！”千钧笑着表示明白。
在1o点钟时五人堪堪登上即将离开的汤之山线列车，小五郎嚷嚷道，“我不行了，已经不想动了。”然后靠在座位上睡了过去，小兰和由美分别把东西行李放好，坐下来闲聊。小兰称赞汤之山的料理、旅馆跟温泉都没话说，柯南立即响应。由美见他们姐弟二人如此默契，笑着打趣，“小兰，你不如给柯南当童养媳吧！”小兰和柯南都羞红了脸，大声嚷嚷起来，千钧急忙说，“好了，你们不用紧张嘛，由美开玩笑的了。”
由美转而称赞毛利侦探的破案能力，柯南暗道，“切，每次破案都不是叔叔，而是我工藤新一！”小五郎有气无力地谦虚几句，由于到花镇站还有1个小时，毛利就蒙住头睡过去。大家却听到了两个男子在吵架，柯南认识他们，是昨天跟毛利三人同住一家旅馆的关越医生会旅游团体成员。戴眼镜的胖胖男子是佐藤泰三，“喂喂，我又怎么了？这点小事你根本不用生气吧！”帅气的年轻男子是伊达高志，“我不痛快，这段路上我们没法同行了。我要另外找位子！”说完，伊达就离去了。还好，这趟列车上的人并不多，空位到处都是，跟z国大不相同。
小兰跟佐藤泰三打招呼，泰三认出了小兰，美女总让人难以忘却，“我们只是为了一点小事吵嘴罢了。”小兰问其他的医生们呢，泰三回答，“今早已经解散分头离开了，其他几人坐花镇电车去了，坐汤之山线列车的只有我们两个了。其实不管怎样，都要到花镇换车的。”
随后，在大家闲聊中列车继续前行，1o:35抵达了水之川车站，小五郎跟泰三都睡醒了。小五郎提议在这里换车不是更好吗？由美笑着告诉他不可能的，“花镇线电车过十点半后就已经经过这里了，就在5分钟之前。现在早走掉了。”小五郎哼了一声继续睡觉。列车继续向前行驶，汤之线列车长进来查票。
等抵达花镇车站后，大家一起下车，小五郎坐在休息椅上抱怨，“还要再等35分钟啊！”伊达高志从后面赶过来，跟佐藤泰三打招呼，为自己在车上的失礼进行道歉，泰三笑着表示没关系的，二人看上去和好了。伊达从车站销售女那里买了饮料，扔给泰三，然后打开钱包付账，里面全是硬币。泰三过来跟小兰告别，二人转身离去。柯南冲着伊达大喊，“叔叔，你的衣服扣子快掉了。”伊达大吃一惊，笑着向柯南道谢，然后用大拇指轻轻擦弄那个扣子。
千钧疑惑，“柯南，这家伙好奇怪啊！”柯南也大有同感。这时候跑过来三个警察，说道，“在5分钟前到站的花镇线电车里面现了尸体，死掉的人好像是个医生。”泰三怀疑是他们的人，伊达道，“我们刚才是当场解散的，说不定真的会有人去坐花镇线电车。”二人决定过去看看，千钧也提议过去瞧瞧，毛利侦探站起身来，“好吧，我们一起过去吧！”小兰有点担心，“爸爸，你的酒醒了吗？”小五郎表示完全醒了，“让我听到有人死了，怎么能闷不吭声呢！名侦探毛利小五郎的血液已经开始沸腾了！”伊达高志听到毛利侦探的声音，脸色大变。
死者是医生会的成员内海，昨晚上还跟伊达、泰三他们在一起的。柯南现伊达的眼神非常奇怪。宫本由美带着大家过去打招呼，这次负责的警官是铁路警察主任小林洋介，戴着大眼镜，见到由美后，眼里都是倾慕的星星。千钧就明白了，这家伙也是由美的追求者，不过看他的年纪应该过了3o岁，可能已经有妻室了。
由美笑着将毛利侦探介绍给小林警官，小林大喜过望，他对毛利侦探仰慕已久了，“非常感谢你协助我们调查案件。”毛利侦探哈哈大笑，“交给我吧！”警方初步判断内海的死因与心肌梗塞有关，大叔以为是自然死亡，大为失望。柯南现内海的手腕静脉处有注射的痕迹，千钧也看到那里有些血迹，毛利和小林都吃了一惊，仔细查看，果然是针头注射的。柯南认为注射的是高浓度的氯化钾，这样就会让死者看上去像心肌梗塞死亡了。
柯南的表现让小林洋介和宫本由美都大为钦佩，毛利侦探身边的孩子都如此了得，果然名不虚传。小五郎却很生气，让柯南闭嘴。千钧也认为医院里肯定有注射器和氯化钾这些东西。泰三称赞柯南懂得真多，柯南急忙说自己一直很喜欢化学，千钧也笑着说这个小鬼最喜欢侦探游戏了，大家这才释然。
小林警官说注射器没有找到，柯南插嘴说这次事情应该是谋杀，而不是意外或者自杀。毛利侦探很生气，抓起柯南将其扔给小兰，“看好他，老给我捣乱。”小五郎判断是一起强盗杀人案件，因为死者钱包里面的钱都不见了。千钧也现内海的右手弯曲骨折，毛利认为是凶手要抢钱，死者拼命抵抗造成的，强盗一怒之下将内海杀死了。千钧疑惑，“不对啊，毛利叔叔！如果是这样，凶手何必再注射针剂把被害人杀死啊？”小五郎不屑，“你这个糊涂小子，不要干扰我办案啊！强盗可能学过医学上的注射方法，故意用此来伪装成内海是意外身亡的……”
漂亮的铁路销售小姐提到，内海向她购买饮料是1o:5o，当时快要抵达花镇车站，内海是最后一个下车的人，他用带来的大笔硬币来付账，销售小姐还找给他一些零钱，当然也是一些小额硬币，当时内海的确是一个人在座位上。满身珠光宝气的贵妇人声称，在下车时，她看到内海身边有一个穿着深蓝色外套戴着太阳眼镜留着胡子的男人，神秘男子很快就离开了。小林警官由此判断行凶时间是在1o:5o至1o:53之间。
柯南现伊达的外套是双面穿的，里面颜色正是深蓝色。他的扣子之所以快掉了，是内海临死前抓的，所以他会擦拭纽扣的表面，是防止留下指纹。伊达把内海的手掰开，才导致内海的手指出现弯曲骨折。柯南只是奇怪，伊达是怎样把另一辆列车上的人杀死的？
小五郎坐在椅子上打哈欠，柯南询问为何停止工作了，小五郎道，“当然了，强盗的手法已经破解了，名侦探的工作也结束了。”千钧忍不住问，“毛利大叔，你再想想，真的是强盗杀人案件吗？”小五郎笑着说当然是了，柯南认为肯定不是，小兰问柯南为何这么肯定，柯南指着那位贵妇人道，“那位目击的阿姨看上去不是更有钱吗？当时她就坐在死者附近，为什么凶手不攻击这个阿姨，反而选上那位叔叔，那不是更危险吗？”由美大声赞叹，“柯南，你真的好厉害，非常有道理啊！”小兰也说的确很奇怪。
千钧现那位佐藤医生一直在擦汗，毛利侦探上前询问，“佐藤先生，你是否知道什么隐情？”泰三结结巴巴地说，“我怎么会知道……”伊达冷笑，“算了，你就说了吧，没关系的。内海昨晚跟我在旅馆大吵了一架，警方迟早会知道的。”二人吵架的原因是一件无中生有的中伤事件，伊达如此解释，“其实收受回扣的事情我根本不知道，真是伤脑筋啊，你们不会在怀疑我吧？”
小林警官说，“不会啊，你跟死者不在同一列车上，当然不可能行凶的，这些人都可以证明。”柯南询问泰三，“佐藤叔叔，你为什么要搭乘汤之山线列车而不是花镇线列车？”泰三笑着说，“其实无所谓，主要是伊达已经替我买好票了。”千钧疑惑，“你们感情这么好，之前在电车上为什么吵架呢？”泰三笑着说，“我想把车票钱还给伊达，可是伊达说什么也不收。我要把钱硬塞给他的时候，他就生气了，后来就去了别的车厢，那会儿还真是伤脑筋啊！”
柯南判断伊达的所有行动都是有预谋的。柯南询问由美，知道汤之山线电车跟花镇电车中间交叉的站点只有水之川车站，花镇电车到达水之川的时间是1o:3o，汤之山线电车是五分钟后，花镇电车当时已经离开了才对。柯南的推理陷入死胡同，千钧拿起手机跟静杨打电话，“是啊，碰上柯南跟毛利叔叔，出了人命了，我们要晚点才能回去了。”
柯南恍然大悟，凶手可以利用手机。小兰突然惊叫起来，“糟了，园子托我在温泉街买的纪念品，我都忘在电车里了。”由美道，“那赶快跟电车车长打电话，让他们晚一点车吧……”打完手机后，小兰匆匆跑过去取东西。柯南完全明白了，原来是凶手也是用了这样的借口啊。
柯南趁机把大叔骗到车站的职员休息室，将其麻醉，大叔奇怪，酒还没醒啊，就晕了。小兰跟车长道谢后，听到了喇叭里面传来小五郎的声音，让大家都赶去集合，开始进行推理秀，因为他已经知道凶手是谁了。
伊达气势汹汹地说自己很忙的，小林警官也询问怎么回事，毛利侦探道，“给我15分钟就可以解开案件了。”伊达大笑，“你是说15分钟之内你就能逮捕凶手吗？”小五郎肯定，“你说的一点也没错，伊达医生！”伊达冷笑，“那你的意思是要逮捕我了？”千钧奇怪，“毛利叔叔还没有说你是凶手，你就不打自招了吗？”伊达一愣，“这个……”小五郎冷笑，“没错，凶手就是伊达高志。”
大家都大吃一惊，小兰提出疑问，“伊达医生跟我们在同一列车上，不可能杀死花镇电车上的内海医生啊！”千钧想起来，“在我们上车后不久，我们就没有看到他了。下车后，在花镇站台才看到他的。”小兰点头，“的确是这样，难道他换车了吗？”由美疑惑，“唯一能换车的地方在水之川车站……”小林警官摇头，“不可能的，时间来不及啊！”
伊达嚣张地拿出列车时刻表，说明了两辆列车之间相差5分钟，是不可能的。千钧大怒，“难道花镇线电车不会晚点5分钟吗？”小林警官一愣，“一般情况下，我们这里的所有列车是不会晚点的。等一会儿，我去查一下，如果晚点的话，肯定会有报告送上来……”毛利侦探开口，“不用了，有没有晚点都一样。只要有一部手机就可以做到这种事情了。”
毛利侦探解释，伊达高志提前用手机打电话过去，说自己在花镇线列车上忘了东西，待会儿要过去拿，请他们暂时保管。到达水之川车站前，伊达故意跟泰三吵架，移动到第一节车厢做准备。伊达将外套反穿，戴上墨镜进行伪装，下车后利用月台之间的天桥赶到6号月台上，换乘花镇线列车。花镇线列车为了等失主，就延后5分钟车。伊达上车后，找到内海，用注射器将氯化钾注射入内海静脉中，将其杀害。在抵达花镇车站后，伊达下车去掉伪装，等汤之山线电车到站后，大家开始下车，伊达故意从后面追上来，让大家以为他落在后面。
小林警官很快证实了，花镇线电车的确因有人要寻找失物延迟了5分钟车，但最后车长跟乘务员没有找到失主所说的重要东西。伊达高志嚣张地不肯承认，请毛利侦探拿出证据来。千钧想起中途车长检票盖章，“伊达医生，请你拿出汤之山线电车的车票来让我们看看吧！我记得过了水之川车站后，车长才进行了查票的。你没有换乘的话，上面应该有查票的盖戳。”
小林警官要求伊达马上出示车票，伊达装酷说车票自己丢掉了，“你们这么怀疑我，到底是什么意思？我看你们根本找不出证据来，哈哈……不好意思，我不能再陪你们玩游戏了，我忙得很……”伊达拿起包起身离开，千钧大怒，揪住他将其打倒在地，“你装什么傻，你以为你想走就可以走吗？你现在是重大嫌疑人，你不懂日本法律吗？没有负责警官的许可，你哪里也不能去！”
伊达灰头土脸爬起来，“混蛋，怎么可以这样做？我要找律师来……”由美冷笑，“就凭你有重大杀人动机，也没有任何不在场证明，警方随时可以拘留你3天，如果情节严重，像你这样的故意阻扰警方办案，可以拘留7天，你找律师来也没有用！”小林警官示意，两名助手将伊达押了回来，伊达老实了很多，“哼，就算这样，你们也没有足够的证据，上了法庭法官也会判我无罪的……”
小林警官苦笑，“毛利先生，现在怎么办啊？我们手头上的证据不够啊，没有办法证明他换乘了列车。拘留7天后恐怕还得将他释放……”毛利侦探开口，“伊达先生，我记得你的钱包里面有一堆硬币吧？你为了造成强盗抢劫假象，把被害人的钱全拿了过来，硬币上一定会有指纹的。”伊达冷笑，“让你失望了，毛利侦探。我昨晚跟内海在一起时交换了香烟跟硬币什么的，所以上面有我们两个的指纹也不奇怪。”
千钧大怒，“有这个证据就足够逮捕你了，哼，上了法庭就得看法官跟陪审团是否相信你的巧言解释了！”小林警官点头，下令立即给伊达戴上手铐，“不过，这样的话，他还是有相当大的可能脱罪的，毛利侦探，还有没有别的证据？”毛利侦探叹息，“你们都搞错了，我刚才说的不是被害人的指纹啊，而是那位漂亮的铁路销售小姐的指纹！内海在临死前掏出一大把硬币向她买了饮料，那位小姐将找的零钱硬币亲手递给给了内海！”
大家都明白过来，由美笑道，“当时伊达医生应该在汤之山线列车上才对，如果花镇线销售小姐的指纹出现在伊达的硬币上的话，就足以证明伊达医生就是凶手了！”伊达高志彻底瘫倒在地，眼睛里的神采消失不见了。原来，那个谣言是真的，伊达高志收受医药公司的回扣，刚好被内海现了，还拍下照片，内海趁机对伊达进行勒索，否则就要向医师学会举报他。按照日本的规定，如果医师学会现医生收取贿赂回扣的话，会吊销医生的行医执照的。所以伊达处心积虑设计了列车手法事件杀死内海灭口，本以为自己的手法是天衣无缝的。
毛利侦探冷笑，“不管是什么样的名医都是普通人，再谨慎小心也会有误诊出现。普通人所犯的罪行是不可能天衣无缝的。”小林警官向毛利侦探表示感谢后，命令手下押着伊达离开了。小五郎清醒过来后，觉得睡得真舒服。由美称赞他不愧是名侦探，千钧急忙提醒毛利破案的结果。毛利疑惑，“我们怎么还在这个地方？”柯南道，“不如在花镇附近的温泉街再住一晚好了！花镇温泉也不错的！”小五郎点头，表示可以。小兰也大喜过望，“这样太好了！”由美苦笑，“千钧，看来我们还得在这里住一晚了。”千钧笑道，“怎么你不喜欢吗？我会好好疼你的……”由美红着脸啐了他一口。
尾声，伊达高志因收取回扣，杀害同行内海医生，被法庭判处6年徒刑，当然，他的行医执照也被吊销。毛利小五郎破获列车换乘案件，铁路警察局给以b级奖励。医生收取贿赂跟回扣的问题，在社会上引起很大反应，很多媒体报纸都批评了这种不道德违规的行为，医师学会也表示会加大这方面的查处力度，欢迎民众监督举报。