在东京某个位于西国立市的神社内，有三名可疑的男子正在密谈。突然有个戴着假面具的黑影男人出现，他用日本刀和弓箭在瞬间将三人杀害。与此同时，在大阪、京都也相继发生了杀人事件。警方在经过调查后发现，被杀害的五人都是出没于东京、大阪、京都三地，专门偷窃著名佛像及艺术品的窃盗集团“源氏萤”的成员。这个集团以日本历史上最有名的悲剧武将——源义经的故事《义经记》为名，首脑化名“义经”，部下则以“弁庆”为首，各自以家将姓名相称。另一方面，小五郎带着柯南、小兰和园子来到了京都。八年前，位于京都的古老寺院——山能寺中的一尊国

在青梅竹马毛利兰的鼓动下，工藤新一半推半就地乘上了飞往京都的飞机，去观摩那里正在拍摄古装剧的毛利小五郎的表演。飞行途中，名叫一名摄影师毙命于洗手间，引起乘务组的恐慌。于是工藤新一就在1万英尺的高空展开了推理。好不容易来到京都拍摄场地，关于男主角樱庭的谋杀预告传来，不久更有一名女演员遇害。新一和对手服部平次展开了精彩的推理对决。

阳光明媚的一天，柯南、小兰以及少年侦探团的伙伴们随同毛利小五郎来到大阪，参加在当地举行的“高中生皋月杯”百人一首和歌大赛。期间，他们还见到了彼此的好友服部平次和远山和叶。就在比赛进行中途，一封爆炸预告信送到电视台，警方迅速行动起来组织疏散。疏散一半时，爆炸突然发生，结果平次与和叶被困在建筑物中。而在一连串的混乱过后，一位皋月杯相关人员的尸体突然出现在众人面前。迷离的案情再度引起柯南的注意。