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发生了，等完事后才回到宿舍。但他记不清女子的姓名和二人发生关系的处所了，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发现场附近发现了一件血衣，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发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发现有用的线索。
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发现三宫突然消失了。登米鉴识从血衣里面的内附物上发现新的线索，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发现了血迹，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。