千钧开车带静杨、小雅、直子和毛利三人组前往电影院观看著名的恐怖电影《死神阵内》，电影里的死神要取缺德律师黑田宪三的性命，里面的死神是个戴着骷髅头的人假扮的。等到片头结束，出现字幕和悠扬的背景音乐的时候，小五郎已经睡着了。柯南汗，“有人在电影刚开始5分钟就睡着的吗？”千钧好笑，“这才是沉睡的小五郎……昨晚肯定又喝多了！”
电影映结束后，大家都在大厅讨论。小兰抱怨，“爸爸也真是的，我们好不容易抽中奖能够参加试映会，你却一直在睡觉。”静杨称赞，“小兰，你的运气总这么好啊！”直子道，“我们几个可是花钱才来的。”小雅也说，“这个映式的门票很贵，而且是限量的。”小五郎没好气，“我有什么办法，我也是昨晚工作熬夜太晚了！”小兰丝毫不给老爸面子，“是熬夜喝酒吧！”
柯南转移话题，觉得这部电影有点沉闷。小兰却认为挺好看得，静杨她们三个也赞成。千钧支持柯南，说这部电影太老套了。小五郎也说没什么新意。小雅哼了一声，“男人都是喜新厌旧，没个定性……”千钧三人都汗，这都什么跟什么啊！看着墙上的宣传海报，死神下有一对男女。刚巧一个男子走出来，被记者们围住了。静杨说男子就是扮演死神的南条隼人，他今年42岁，看上去比较正统。
一位茶色长雍容典雅的女子走过来跟小五郎搭话，“请问，你就是名侦探毛利小五郎先生吗？”小五郎立即来了精神，“没错，我就是！”这位戴着漂亮耳环的女子名叫南条御幸，37岁，是南条隼人的妻子。小五郎立即见风使舵，“你好，南条太太，这部电影还真好看！”大家汗，“刚才可不是这么说的！”
南条御幸说有件事情想跟小五郎仔细商量一下，就请毛利到办公室去。大家觉得小五郎有工作要办，静杨她们3人就先离去了，她们已经约好去花井和晓月的公司参观。千钧本来也想离开的，却被大叔抓去当了司机。到了一栋大楼后，进入办公室，小五郎称赞房间很漂亮。御幸笑道，“我们还正愁找不到新的地方呢！”说话时，一位戴眼镜的女子端上咖啡。
这位身穿绿色上衣的女子叫做吉野里美，短秀气，今年28岁，是南条的经纪人。御幸让里美将东西取来，里美犹豫一下下去拿来一封恐吓信。上面写着，“今晚我将取南条隼人的小命，死神阵内上。”御幸说，信是今早在邮箱里找到的。小五郎问是否报警，御幸说还没有，南条隼人走进来，“没那个必要，这种事情一看就知道是恶作剧。”御幸担心，“可是，老公……”隼人大怒，“我不是说过，你任性也要有个限度吗？非常抱歉，毛利先生，你们几位可以回去了。”
御幸有些难过，小五郎道，“南条先生，尊夫人可是为了你的安全操心啊！”隼人不屑，“就算信上所说是真的，我也能够保护好自己。总而言之，我有很多事要忙，你们几位请回吧！吉野小姐，你今天也可以下班了。”说完，南条进了社长室，将门关上。但是，这件事情，媒体很快也知道了，还有女记者来到外面做现场报道，“话题人物死神阵内，真会出现在这里作案吗？因为名侦探毛利小五郎也出现在这里，所以更让人紧张。”
这时，已经是晚上9点了，静杨她们3个得到消息，也特意赶过来给大叔助威。小五郎在镜头前显摆吹嘘，柯南汗，“你到底搞什么鬼啊！”其实，毛利目的很简单，有这么多人在这里盯着，严密戒备，“南条夫人，你放心吧，相信那个坏家伙不敢轻举妄动的。”走过来一个戴眼镜的男子，名叫大野忠雄，45岁，节目制作人，“毛利先生，你不用这么努力吧？这样那个死神是不会出现的。”大野认为这次的事件，是南条隼人为了宣传电影搞得噱头。
御幸恼怒，“你真失礼，胡说些什么！”小五郎急忙劝阻，见大家火气都很大，小兰说去买点喝的，静杨她们3个和柯南就陪同小兰一起去。在自动贩卖机前，柯南看到了吉野里美坐在咖啡厅里。小兰也奇怪，“她怎么还没回去呢？”柯南疑惑，“她在那里干什么？”静杨道，“是不是跟人约会？”小雅摇头，“可是里面只有她一个人啊！”直子也道，“就算等人，现在也太晚了。”小兰推断她想从这里观察办公室的状况，“我想她一定在为南条先生担心。”随后，4个女生说笑着离去，柯南只好跟在后面。
已经快1o点了，南条隼人的房间灯还亮着，他还没有离开。千钧现大野导演不见了，两个工作人员甲乙说他去洗手间了。千钧疑惑，“这也太久了吧！”工作员丙就说自己去看看吧。这时，死神阵内戴着骷髅面具突然出现在远处，大家吓了一跳。电视台的工作人员匆忙去搬摄影机，小兰静杨她们4个吓瘫了，一起紧紧抓住千钧不敢松手。千钧汗，你们是来帮倒忙的吧！他感觉到这个死神不是什么级战士，而是正常人假扮的。小五郎和柯南飞奔追去，工作人员跟在他们后面，千钧带着脸色白小兰她们和南条夫人落在最后，死神逃到远处公园的灌木丛中不见了。
柯南大叫不好，“中了调虎离山之计了！”大家急忙向回跑，来到大楼前碰到了吉野里美。她说看到死神阵内进入大楼里面了，毛利抬头，现南条房间漆黑一片。这时，楼上传来枪声。小五郎大怒，“千钧，你跟小兰她们4个守住门口，我进去抓人。”随后小五郎和御幸、里美、工作人员们进入大楼，柯南要跟上，被小兰抓住，“你进去做什么，跟我们留在这里吧！”
小五郎他们赶到电梯前，按动向上按钮。千钧盯着大门口，小兰她们4个和电视台的美女记者站在稍远的地方观察，柯南现南条房间的灯亮了，窗户上出现黑色的人影，又倒了下去。柯南匆忙也跑了进去，追上等电梯的小五郎，“大叔，凶手还在7楼，我看到影子了！”大家乘电梯赶到7楼后，小五郎第一个冲出电梯，结果被胶带缠住脚摔倒在地，其他人跑到前面去了。柯南现这些胶带是绝缘的。御幸出惊叫，里美将其搂住安慰，小五郎和柯南急忙过去，现南条隼人头部都是血，已经在窗户旁边倒地毙命了。
目暮警官带队赶到，警察们马上封锁了现场和大楼。目暮疑惑，“毛利老弟，然后凶手就从现场突然消失了？”小五郎点头，“这里的窗户是在里面锁死的，根本打不开。如果要逃跑，必须利用电梯和逃生楼梯才行。但我们赶到时，凶手已经不见了。”目暮问千钧，“你确定在我们赶到前，没人离开大楼吗？”千钧点头，“我一直守在大门口，电视台的女记者也在，还有小兰她们，绝对没人离开。”目暮询问逃生楼梯，里美说，大楼的逃生楼梯到1楼后，会引导到与电梯同样的方向。如果要出去，必须经过同一个出口才行。
千钧也道，“我一直注意着楼梯那里，可是没有任何人下来。”目暮傻眼了，“照你们这么说，凶手像烟雾一样消失了！”柯南低头不语，小兰问他现什么，柯南道，“你们不觉得奇怪吗？因为这个房间的灯亮时，凶手明明站在窗户旁向外看，可日光灯的开关却在门口的墙上。凶手是用什么方法将灯打开的呢？”静杨也道，“你这么一说，还真是奇怪啊！”柯南却在思索，“凶手在杀人后，为何要将灯打开呢？”
目暮也注意到了，“凶手为什么要在房间放上长长的绝缘胶带呢？它留在命案现场有什么用？”小五郎认为胶带是用来将人绊倒，这样一来凶手就可以趁机逃脱了。电视台的工作人员却说，“可刚才被绊倒的只有毛利先生啊！”柯南在传真机上现了南条确定稿子的传真，上面写着1o:o3，也就是南条被杀不久前，刚好是死神阵内出现在公园的时刻。毛利侦探痛扁柯南，“不要乱碰现场的东西！”
里美说那是下个星期要在杂志上刊登的一份采访稿件，南条隼人留在公司就是在等这份传真。这时，警员甲抓来一个在外面鬼鬼祟祟很可疑的人，大家一看是大野忠雄。毛利头疼，“大野先生，你刚才跑到哪里去了？”大野说他从洗手间出来就没有看到大家，就到公园里面去找。御幸突然很激动，说一定是大野杀了自己的老公。大野大惊，“你在说什么啊？”小五郎也道，“当时不在凶案现场的所有关系人，没有不在场证明的只有你一个。”
御幸说大野一定是为3年前的那次意外怀恨在心，所以杀了隼人。目暮询问怎么回事。大野只好解释，他现在制作的都是些新闻电视节目，以前是专拍电影的导演。3年前，大野拍摄死神阵内电影时，生了意外，就只好转到电视界了。当时，替身演员没有及时赶到，南条隼人坚持开拍，并且说服了男主角北野广之。就这样，在南条反复怂恿下，北野自己出演了危险的动作部分。但是越野车爆炸了，北野就此一去不回。大野忠雄负了全责，不得不辞去导演工作。
大野承认自己对南条怀恨在心，但有一个人比自己更恨南条，“她就坐在那里。”大家一愣，大野指的竟然是吉野里美。原来，里美和北野是一对恩爱情侣。南条御幸也不知道这件事情，“是真的吗，里美？”里美点头，他们以前的确是男女朋友，并且率属于同一家经纪公司，里美当时是个不出名的女特技演员，“当年的事情只是场意外，我没有因此怀恨南条先生。”小兰她们4个一起作证，“在南条先生被杀的时候，吉野小姐一直跟我们一起站在大楼前面。”
摄影工作人员说起他们拍到死神阵内的样子了。目暮大喜，让马上拿来看看。御幸说6楼就有放映机，里美说马上去准备一下。柯南还是想不通，“为什么凶手在公园让大家故意看到自己呢？”千钧低声道，“不是调虎离山吗？凶手是不是有个同伙？”柯南摇头，“窗户的影子就更奇怪了，这其中一定有特殊的缘故。”下面突然传来枪响，大家大惊。
小五郎和目暮、柯南跑到电梯前，毛利按动电梯，“快点上来！”千钧大怒，“猪啊，走楼梯不是更快吗？”说完带头向下跑。大家赶到楼下，现里美跌坐在地，说死神阵内跑出去了，大家大吃一惊。千钧急忙顺着楼梯追了下去。然而，让千钧想不通的是，死神竟然消失了，楼前负责封锁的警察都说没有注意到有人跑出来，他们都盯着外面的人群。
里美说她到了6楼的办公室后，碰到了躲在里面的死神，他开枪后逃走了。千钧抱怨，“目暮警官，你的人是怎么搜索的？案都过了1个小时了，竟然还让凶手藏在房间里。”目暮有些尴尬，这些机动队员真是粗心。柯南更奇怪，“凶手是怎么躲过警察搜查的，他为什么要向里美开枪呢？这不是故意引起警方的注意吗？悄悄逃走不是更好吗？”
登米鉴识过来报告，现场查验完了，但没有现任何枪弹痕迹。目暮头疼，如果凶手已经逃出去了，那可就很难抓回来了。电视台工作员准备好放映录像了，大家一起观看。柯南现放映机下面有个磁带还是温的，而且没有倒到最后。里美将磁带拿走，“柯南，这个可不能随便乱碰啊！”柯南装可爱，“对不起。”
但实际上柯南猜到了凶手使用的方法，又跑到7楼仔细观看了所有的传真信件，“凶手就是那个人。”小五郎大怒，“柯南，你不要在这里到处乱晃！”柯南让小五郎仔细看传真件，毛利低头，觉得没什么异常，柯南笑着射了麻醉针。于是，沉睡的小五郎出现，柯南让千钧准备好后，就打电话告诉目暮凶手还没有消失，“她从一开始就不在那里。”目暮糊涂了，“这到底是什么意思？”
毛利解释，其实大家在楼外跑时，南条隼人已经被凶手杀害了。目暮反驳，“柯南不是看到了7楼的人影吗？”“那是凶手故意设计的手法，我马上示范给大家看。请大家马上到7楼来。”大家到齐后，千钧开始按照毛利的指示演示手法
先，凶手将南条隼人杀害，将房间的灯关掉。再用绝缘胶带从窗户下方，贴出一个看似黑影的纸人。接着再利用钓线将电梯内侧上方跟外侧电梯门之前的空隙绑紧，然后把钓线拉到房间，环绕日光灯开关上，再将钓线扯到窗户上的绝缘胶带，绑住胶带的最后一个环。接着不管谁要到这个现场来，在1楼按电梯的话，电梯就会下去，利用钓线扯动开关打开日光灯，外面的人就看到了窗户的人影。随后，窗户上的人影也被线扯走。在外面的人看，就好像一个人倒地消失一样。胶带被线拉到电梯前，钓线断了，纸卷就留在上面。
小雅问，“大叔，那我们在楼下一起听到枪声又怎么说呢？”小五郎道，“枪声是事先录在录音带上的声音。”凶手用装了消音器的手枪杀死南条后，再做好刚才的电梯手法，利用逃生梯走到6楼，这个时候才将录了枪声的录音带，放进录音机播放。目暮点头，“的确，从大楼下面听起来，是搞不清楚枪声从哪个楼层传出来的。”
这卷有枪声的录音带大概有15分钟的部分是空白状态，凶手就是利用这段空白的时间，打扮成死神阵内的样子出现在公园里，再将大家引到大楼前，假装跟大家巧遇。这样就为凶手制造出一场听到枪声的不在场证明了。目暮打断，“等一下，毛利老弟，这么说这个凶手是……”“没错，我们之中能够设计这套手法的只有吉野里美小姐，只有你一个人！”
大家都很震惊，毛利叹息，“吉野小姐，你这个手法有很多破绽，不仅留下了很多证物，事情能够这么成功有一多半是运气不错。先，你扮成死神阵内远远出现在大家面前时，小兰她们4个被吓倒了，拖了千钧的后腿，否则你可能已经被他抓住了。其次，你这个手法必须要大家一起乘电梯上来，如果当时千钧不是守在大楼出口的话，他会在大家等电梯下来时沿着逃生楼梯跑上来，那么你在7楼的所有布置就都白费了。或者当时大家不乘电梯，而是有人走楼梯的话，结果也是一样的。”
千钧反对，“大叔，凶手不一定是吉野小姐吧，大野导演也有可能啊。再说，我们还一起听到了第二声枪响呢！里美小姐没那么笨吧？何必画蛇添足来这么一枪呢？”毛利摇头，“第二声枪响不在她计划之中，而是意外。”因为里美忘了，那个自动回带的按键没有按掉。在她的计划中，原本录好的是一卷6o分钟录音带，所以在案一个小时后，大家才会听到同样的枪声。那时候里美刚好到楼下，去准备放映机，顺便把电梯的钓线取了下来。但是枪声突然响了，里美在惊慌之下将录音带藏了起来。还没等收拾利索，千钧就带头冲到跟前，她不得不撒了个拙劣的谎言，所以千钧怎么追赶都追不上死神，而鉴识人员也找不到枪弹痕迹。
千钧苦笑，看来除了里美不可能是别人了。吉野里美进行最后的垂死挣扎，让毛利侦探拿出证据来。毛利侦探请目暮警官仔细看看那些传真稿件，“其中一页应该沾上了一点痕迹。因为里美小姐行凶时，这些传真正一份份地传进来。”目暮警官现其中一页沾有血迹，“真是的，毛利老弟，这么重要的证据，你应该早点告诉我啊！”而这个传真稿件上标明的时间才是真正案的时间，9:59分。大家在楼下听到枪声时，大概是1o:15分，其实在那之前的15分，南条已经遇害了。
“还有你从柯南手中拿走的录音带，里面应该录有枪声才对。死神阵内出现在公园，能敏捷地摆脱大家，也只有动作片女演员出身的你，才能做到。”事已至此，吉野里美承认了罪行，动机是为男友北野广之报仇。当年的事情并不是意外，里美看到了北野的日记，知道他即将取代南条，接任第二代死神阵内。
为了查明北野的死因，吉野忍辱负重进入了南条的公司。大概在1个月前，南条喝多了，在车上搂着吉野里美，说出了当年的真相。南条隼人为了防止被取代，故意让替身演员那天不要去拍摄现场，又在越野车上动了手脚，取走了前轮的铆钉，导致了北野广之的死亡。里美寄出恐吓信，是想利用媒体做不在场证明。她故意骗南条说，可以同时为电影做宣传，南条就欣然答应了。
小五郎清醒过来后，目暮警官已经给大家做好了笔录。千钧急忙过去，提示了刚才破案的大致经过。毛利大为欣喜，大家一起来到外面，相送吉野里美。临上警车时，里美回头说，“死神阵内对阵名侦探毛利小五郎，看样子死神阵内完全败北。”小五郎哈哈大笑，“这是当然了，在毛利小五郎的字典里，没有无头案这个名词！”毛利吐着舌头哈哈大笑的丑态让记者们拍个正着，小兰皱着眉头抱怨，静杨她们都娇笑，“这才像大叔的作风！”柯南低声道，“每次都是谁帮你的！”千钧也道，“你的字典里，都是吹牛这个名词吧！”
尾声，吉野里美为男友北野广之报仇，杀死南条隼人，被法庭判处3年徒刑。南条杀害北野的真相也公布了，但南条已死，法庭不再追究。整个案子中，受伤害最大的是南条御幸，她的丈夫被自己最信任的朋友所杀，这个打击相当大。毛利小五郎破获死神阵内杀人事件，警视厅给以b级奖励。毛利侦探再次名声大震，成为报纸电视的风云人物。