米花市的堂本音乐学院里的练习室里，河边奏子听着一年级新生水口和连城，这两人陶醉在其中，但不满两人演奏的前辈河边奏子却厌烦地发着短信，当他按下发送键时，整座房屋突然爆炸，三人葬送火海。现场留下了长笛的一节此事，节和钢琴的碎片。过了两天，园子邀请小兰一家去堂本大厅听演奏，顺便提起要请新一一起来，于是小兰在与新一的电话中提及此事，而那时柯南正在堂本音乐学院调查，偶遇堂本会馆的馆长--谱和匠，因此心生疑窦，也没有注意听小兰的说话，不经意间说了句中伤小兰的话，因此两人吵架了。
次日，园子带小兰来到有本大厅，分别向她介绍了参加演出的人。其中有这次的主角秋庭怜子，演奏堂本一辉，小提琴手山根紫音，调音师来自德国的米拉和替补歌手千草拉拉。
席间元太见怜子认为饮用的茶对下周的合唱比赛又帮助，因此问怜子讨要，可惜遭到拒绝。怜子问其缘由，知道他们参加合唱比赛开始练习，在孩子们软磨硬泡下，答应为他们的合唱作指导。开始练习后，怜子对替补河边奏子的山根拉出的曲调不满，因此独自抽身离开，前来对爆炸时间进行调查的目暮警官想上去询问详情也被他拒绝，一副冷傲冰霜之气。第二天，园子在打网球席间提起了新一，激起了小兰的怨气，但平息过后，突然意识到每次和新一吵架后，都能言归于好，特别是国中的那一次，在那樱花烂漫的下午，两人并
排而行，却各视一方，谁都不肯投降，可小兰想不起来为什么后来两人又能重新走到一起。到了孩子们学校歌的那天，怜子漫不经心地听完一遍后，就指出了每个人唱歌的不足。
柯南和灰原意识到他的绝对音感。练习结束之后，元太想偷喝怜子的茶提高自己演唱记忆，未曾料想茶里已经下毒，三四天内元太无法正常说话。怜子也非常吃惊，同时又感到庆幸，如果他喝下这个茶，一定无法参加这次演出，送元太去玩医院后，怜子嘴上恶狠狠地说要找元太妈妈管教这个乱喝别人东西，另一方面是想送元太回家，但是祸不单行，回去的路上遭到了卡车的袭击，幸免于难。正巧这段时间，学院的四名一期生相继死亡，而死亡现场均留下了另两节长笛，警方因此判断这起事件和河边奏子的死有着莫大联系，开始
展开调查，而另一方面，演出临近，怜子与往常一样，到森林里散步。柯南一早就到怜子家想说服怜子一起去森林，目的是保护她的安全。在房间里看到了她前夫相马光的照片。
和一根短笛柯南软磨硬泡之下“尾行”怜子一起去了森林，在那里遭到了不明凶手的枪击，怜子的脚被子弹擦破，而当他们被逼上绝路时，那凶手却放弃射击，转身离开。。为了第二天的演出，柯南与怜子约定和目暮警部隐瞒了当日的事实。而此后目暮警部调查发现怜子丈夫相马光死于两年前。当日那四个被杀的同期学院去外面喝酒后因事故而死。因此可能怀疑是怜子所为，来到了怜子家取证，可遭到了怜子的拒绝，希望一切等到演出后再说。。
  演出当日，上午排练非常完美，但又有一个音不准，具有绝对音感的怜子和柯南都发现了问题，但那德国来的调音师米拉不知所踪。也只好不了了之。柯南也跟怜子来到湖边，
却被陌生人所袭击。两人被漂流到一艘船上，到了运河的上游。
  晚上演出开始后，由于始终找不到怜子的身影，只好让千草拉拉替补开始演唱，当正式演出开始后，随着钢琴的落地，会馆的一根根柱子不定时地开始爆炸，惊动了警方，顿时会馆变成了火海。但是会馆里面的人却浑然不知，因为这音乐厅隔音效果非常好，除非等到最后一根柱子爆炸，主会场不会坍塌。柯南醒来后，发现和怜子在船上，两人漂到了运河上游。柯南急中生智用特别的音律喊出了110后得救。两人来到主会场，柱子一共24根，还有四根没炸，经过调查，他们终于发现是有人在一个音里装了一个炸弹，当按下那键气流通过那音时，就会引爆一个炸弹，演出不断进行，在思考的间歇，那个键又三次被按动，只有一根柱子没炸，在这千钧一发的时刻，怜子开始用自己的歌喉震住了听众，他从边角缓步走上台，千草不甘心失败，继续自己的演唱，两人开始在台上唱两只完全不同的歌曲，二重奏正在上演，最后，当钢琴的旋律转向怜子的amazing grance时，堂本弹奏的音域回到了第一排，离开了危险的第三排，暂时摆脱了危机，在amazing grance演奏中，柯南也找到了真正的凶手馆长谱和匠，他手上的遥控会时刻引爆最后根柱子。柯南就来到了
谱和匠面前，揭穿了他的阴谋。原来谱和匠就是那死去的怜子的未婚夫，相马光的父亲，他一直对害死自己的四个学院学生怀恨在心，因此用此技杀了那四人，同时，他也想杀了堂本，因为身为调音师的他，在堂本成为钢琴家的时代，默默奉献了25年，但两年前堂本宣布退休，一级乐手调音师的名誉让他难以放下架子去为其他琴手调音，只好默默无闻地当了堂本音乐馆的馆长，不甘心的他想杀了毁了自己名誉的堂本。而且他不想让自己的儿子的未婚妻就这么离开，就设计多次袭击，想阻止出席演出。最后，高木和佐藤找到了
射击的最佳位置，在灰原的竖笛音符提醒下，柯南成功躲开了危机，子弹正好打中了炸弹的遥控器。本以为谱和穷途陌路，却掏出手枪试图自杀，自杀前他想见堂本最后一面，说曹操曹操到，堂本走到了他的面前，但当其说明原因后大吃一惊，原来堂本退休是因为调音师谱和匠年事已高，绝对音感衰退。不希望毁了两人各自的盛名才做出此次决定，两人顿时泪流满面，故事也画上了完美的句号。
  散场后，小兰意识到那次使他们重归于好的曲子就是amazing grance，而且是怜子在河边练曲的时候偶尔他们路过听到的。这时突然森林里有人拉amazing grance，而且确定是新一在拉，但冲进森林后就看到柯南捧着提琴，告诉小兰新一哥哥要我把这琴交给你，两人又一次擦肩而过……