捜査を続けるコナンたちは、延太郎がマリーナのハッチから海に突き落とされた可能性が高いことを突き止める。それからほどなくして、海上保安庁によって海に漂う延太郎の遺体が発見された。一方で、小五郎はコナンとも警察とも別に独自の捜査を展開していた。事件の真相をつかんだコナンは、ウェルカムパーティーの席で阿笠博士の声を借りて推理ショーを展開し、アリバイトリックを崩してシナリオライターの日下ひろなりが犯人である証拠を提示する。日下は第一八代丸沈没事故で犠牲となった三等航海士の息子で、第一八代丸沈没事故が八代親子や八代英人、第一八代丸の副船長だったアフロディーテ号船長の海藤が保険金詐取と沖田の排斥を目的に仕組んだ事故であることを知り、復讐するべくアフロディーテ号に取材と称して乗り込んでいたのだった。
だが日下は、機関室に仕掛けておいた爆弾を爆発させ、その混乱に乗じて逃走を図る。しかしコナンと少年探偵団の追跡により、無事に日下の逃亡は阻止された。その後「おーい!!大丈夫かー?おーい!!」と高木刑事の声が聞こえ、目暮たちがやってきて「駄目じゃないか君たち!!相手は殺人事件の容疑者なんだぞ!!もし、物事があったらどうするんだ!!」とコナン達を厳しく叱り、コナン達は謝ったが、彼らの目の前のアフロディーテ号では爆弾が次々と爆発し、船腹に穴が開いて浸水し始める。アフロディーテ号の沈没は最早避けられないものとなり、乗員・乗客が避難していく中、忘れ物に気付いた蘭は取りに戻るが、忘れ物を見つけた場所に取り残されてしまった。さらに、事件は解決しているかと思われたが、その裏には真犯人による更なる陰謀が隠されていた。アフロディーテ号に残った小五郎は真犯人と対峙し、自ら暴いたアリバイトリックに納得がいかず、アフロディーテ号に仕掛けられた爆弾が多すぎることに疑問を抱いていたコナンも真犯人に気付き船に向かうことにする。