ある雨の日、灰原哀を除く少年探偵団は、奈良沢治警部補が拳銃で撃たれたのを目撃する。コナンに犯人を尋ねられた奈良沢が自分の左胸を掴んで死亡したことに加え、犯人が右手で傘を持っていたという証言から、目暮警部らは犯人が左利きであると推理し、奈良沢の行動については懐中の警察手帳を示したものと解釈する。その日の夜、マンションの地下駐車場では芝陽一郎巡査部長が射殺される。毛利小五郎はその事件について目暮に電話するが、情報の提供を拒まれる。
蘭と佐藤刑事がトイレに行くと、パーティー会場の階だけが停電する。化粧台の物入れ内に点灯した状態の懐中電灯を発見した蘭はそれを取り出すが、その光を頼りに佐藤が銃撃され、蘭も気絶する。蘭と佐藤は救急車で病院に緊急搬送され、ホテルの全出入口が封鎖されるが、警察官を含む現場にいた全員から硝煙反応が出ず、コナンがパーティー会場で見かけた友成真と仁野環は、封鎖前に姿を消していた。
佐藤は重傷で命が危ぶまれ、蘭は外傷こそなかったものの記憶喪失を発症し、自分の名前すら思い出せない状態に陥る。蘭の記憶喪失が佐藤への銃撃の原因を作った責任を感じたためであることを知った目暮は、免職を覚悟で小五郎たちに捜査情報を話すことを決める。
昨年の夏、執刀ミスで患者に訴えられていた外科医・仁野保が死亡した事件を、友成信勝という警部が奈良沢や芝、佐藤と共に捜査していた。信勝たちは保が口論していたという男性の近所への張り込みに赴くが、その最中に信勝は心臓発作を起こし、奈良沢たちが救急車を呼ぼうとしたものの信勝は張り込み中であることを理由に拒んだ末、佐藤に連れられて病院へ行くも死亡した。一方、奈良沢と芝はその男性が敏也であることを知った。元々自殺の線が濃く、信勝の急死も重なって事件は自殺と断定されるが、保の妹である環は自殺を否定しており、信勝の息子である真は父の真意にかかわらず警察に恨みを持っていた。
奈良沢、芝、佐藤は独自にこの事件の再捜査をしていた。目暮たちはこれが今回の事件に関係があると見ており、真がその各現場付近で目撃されたうえに左利きだったことから、彼を指名手配する。また、保の死が他殺であるのならその犯人も左利きであるが、保と真に繋がりがないことから、左利きの敏也や敏郎がその容疑者として浮上する。