在米花町这个看似平常的日子里，一桩惊人的案件如巨石投入平静湖面，激起千层浪——毛利小五郎竟被指控杀人。
一个清晨，警方接到报案，在一间废弃仓库里发现一具男尸。死者名叫山本一郎，是个在商圈有些声名狼藉的无赖，常以欺诈手段谋取利益。当警方勘查现场时，竟发现诸多证据指向毛利小五郎。仓库地上有一个带有毛利小五郎指纹的啤酒瓶，旁边还有一张纸条，上面写着毛利小五郎的字迹，似乎是与死者约定在此见面。
毛利小五郎被警方传唤，面对这些证据，他一脸茫然，坚称自己对此事毫不知情。他回忆，前一晚确实接到一个匿名电话，对方称有重要案件线索要提供，约他到某个地点见面，可当他到达时，并未见到任何人，等了一会儿便离开了。
柯南和毛利兰得知消息后心急如焚。毛利兰坚信父亲不会杀人，柯南也觉得事有蹊跷，虽然毛利小五郎平日里有些迷糊，但绝不可能犯下杀人罪行。两人决定展开调查，为毛利小五郎洗清冤屈。
柯南和毛利兰首先来到案发现场。柯南仔细地勘查着每一个角落，不放过任何细微之处。他发现仓库的窗户虽然紧闭，但窗台上有一些奇怪的痕迹，像是有人从外面攀爬进来留下的。而且，死者身上的伤口角度也很奇怪，不像是毛利小五郎这种惯用右手的人造成的。
接着，他们调查山本一郎的人际关系。发现山本一郎近期与一个犯罪团伙产生了利益纠纷，这个团伙一直在进行非法的地下交易，而山本一郎企图从中分一杯羹，结果双方矛盾激化。
同时，柯南对那个匿名电话展开调查。通过通讯公司的协助，发现电话是从一个公用电话亭打出的。柯南来到电话亭附近，询问周边的居民和商家，终于从一个小摊贩那里得知，案发前有一个戴着帽子、口罩，身形消瘦的男子在电话亭附近徘徊，行为鬼鬼祟祟。
随着调查的深入，所有线索都指向了那个与山本一郎有矛盾的犯罪团伙。柯南和警方对这个团伙展开深入调查，发现团伙中有一个成员与毛利小五郎体型相似，且擅长模仿他人字迹。
警方对该团伙成员进行逐一排查，最终锁定了一个叫石井的人。石井曾是一名惯犯，有过伪造证据、嫁祸他人的前科。柯南推测，石井为了摆脱山本一郎的纠缠，同时嫁祸给毛利小五郎这个知名侦探，以此扰乱警方视线，便精心策划了这起案件。
柯南和警方掌握了足够的证据后，迅速对石井实施抓捕。在审讯室里，面对铁证，石井不得不承认了罪行。他交代，是他打电话将毛利小五郎骗到一个假地点，然后自己在废弃仓库杀害了山本一郎，并伪造了毛利小五郎的指纹和字迹，企图让毛利小五郎为他顶罪。
毛利小五郎终于洗清了冤屈，走出警局的那一刻，他感慨万千。柯南的智慧和坚持，再次成功解开了这起复杂的案件，让真相重见天日，也让米花町恢复了往日的平静。
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