Nella "Accademia musicale Domoto" avviene un'esplosione che uccide due musicisti e ferisce una violinista. Ran contatta Shinichi per invitarlo a partecipare alle prove generali ed al concerto di inaugurazione della "Domoto Hall" perché Sonoko, che è la figlia del costruttore dell'edificio, ha dei biglietti gratis. Per ovvie ragioni il detective è costretto a rifiutare. Alle prime prove partecipano Kogoro, Ran, Sonoko, il dottor Agasa, Conan e i Detective Boys. Nella sala sono presenti anche Takagi, Sato, Shiratori e l'ispettore Megure che indagano sull'esplosione che ha ferito la violinista impedendole così di partecipare al concerto. La polizia rivela che sul luogo del delitto è stata rinvenuta la parte centrale di un flauto traverso. I Giovani Detective conoscono la soprano Reiko Akiba che, seppur riluttante, si accorda coi ragazzi per coordinare le prove del loro coro scolastico.
Alle prove del coro della scuola Teitan, Reiko mostra di avere un orecchio assoluto. Genta si impossessa del thermos della soprano e beve il suo tè. La bevanda era però stata alterata con una sostanza irritante che lesiona le corde vocali del ragazzo. Conan pensa quindi di avvertire l'ispettore Megure perché, se la cantante avesse bevuto il tè, non avrebbe potuto partecipare al concerto. All'uscita del pronto soccorso, un camion tenta di investire Reiko e i ragazzi. Il conducente però non riesce nel suo intento e si dà alla fuga prima che Conan possa raggiungerlo. Successivamente vengono ritrovati i cadaveri di altri due allievi dell'accademia e gli ultimi due pezzi del flauto traverso. La polizia cerca di capire chi possa aver tratto beneficio dalla morte di tutte queste persone.
Visti i recenti avvenimenti, la polizia chiede a Reiko di restare chiusa in casa nei giorni che la separano dall'esibizione. Conan vuole proteggere la soprano e quindi si reca da lei. Entrando nella sua stanza, il ragazzo nota un flauto traverso ed un fotografia che ritrae Reiko in compagnia di un uomo. Improvvisamente la donna decide di uscire per una passeggiata nel bosco e Conan decide di seguirla per proteggerla da eventuali altre aggressioni. Puntualmente l'assassino si manifesta e tenta di uccidere la donna. Conan però si accorge che l'aggressore, pur avendo un'occasione per colpire Reiko, esita permettendo alla donna di fuggire. Nel frattempo la polizia scopre che esiste un legame tra i quattro musicisti morti: anni prima avevano convinto un loro compagno dell'accademia a bere e questi era morto cadendo da un dirupo. Il ragazzo era fidanzato con Reiko. Prima della prova generale i musicisti scoprono che l'accordatore dell'organo è scomparso. Durante l'esibizione sia Conan, sia Reiko si accorgono che una delle note emesse dallo strumento ha un suono strano. Mentre cercano il maestro Domoto per comunicargli la notizia, i due vengono aggrediti.
Il concerto sta per iniziare, Reiko non si trova e Domoto accetta di far cantare Lala Chigusa. Reiko e Conan si risvegliano in una barca che galleggia nel bacino d'acqua a valle di una diga. I due cercano aiuto, ma nell'edificio che si affaccia sulla diga non c'è nessuno. Reiko nota però un telefono d'emergenza su una delle pareti e Conan rivela alla donna che staccando il ricevitore ed emettendo dei suoni ad alcune particolari frequenze (Dual-tone multi-frequency) potrebbero contattare la polizia senza comporre alcun numero. Nel frattempo il concerto inizia ed all'esterno del'auditorium esplodono alcuni ordigni. Takagi e Sato salvano Reiko e Conan con un elicottero. Successivamente i quattro si introducono nell'edificio dall'alto. Conan scopre che le esplosioni avvengono quando il maestro Domoto preme il tasto della nota stonata ed inoltre individua l'attentatore tra il pubblico. Il criminale però possiede un telecomando: se Conan interrompesse il concerto, l'auditorium esploderebbe comunque.
L'aggressore è il direttore dell'accademia Takumi Fuwa e Conan lo affronta direttamente. Il signor Fuwa è il padre del ragazzo morto anni prima ed ha ucciso i quattro musicisti per vendicare la scomparsa del figlio. L'attentatore ha cercato di mettere fuori gioco anche tutte le persone che, essendo dotate di orecchio assoluto, avrebbero potuto notare la presenza del sensore all'interno delle canne dell'organo ovvero l'accordatore, la prima violinista e la soprano Reiko. Mentre Conan parla, il maestro Domoto suona la nota stonata per l'ultima volta e l'assassino si aspetta di veder esplodere lo strumento nella sala. Questo però non accade perché Conan prima di recarsi da lui si era premurato di rimuovere il sensore. L'uomo non si lascia intimorire perché ha con sé ancora il telecomando. Conan pensa di colpire il criminale con l'ago del suo orologio per impedirgli di premere il pulsante, ma si accorge che il dispositivo è stato danneggiato dalla caduta avvenuta durante la sua aggressione. Ai segnala a Conan che su un altro palco c'è Sato pronta a sparare. Il ragazzo si sposta e il malvivente viene colpito. Il signor Fuwa però ha ancora una pistola in tasca e, minacciando la polizia, chiede di poter vedere il maestro Domoto. I due si chiariscono e l'attentatore alla fine si arrende. Al termine del concerto, Ran sente "Amazing Grace" ed è convinta che sia Shinichi a suonare al violino quella canzone. Seguendo la musica, la ragazza trova però Conan che le dice che Shinichi è appena andato via.
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