世間で自分と比較されている新一と対決するため、毛利探偵事務所に乗り込んだのが初登場。その時、たまたま毛利小五郎が引き受けた依頼先で起こった殺人事件のトリックの推理を披露した。しかし、その推理は巧妙に仕掛けられた犯人のミスリードだったうえ、風邪薬として飲まされた白乾児（パイカル）で一時的に元の体に戻った新一に正しい推理をされ、敗北した形となった。推理勝負にこだわっていたために自分の負けを認め、新一の「真実は一つしかないのだから、推理に勝敗や優劣・上下関係は存在しない」という言葉に感銘を受けて考え方を改めた。ただし、「どちらが早く謎を解くか」という推理勝負自体は拘りが抜け切れておらず、好きな様子が描写されてもいる。
それ以降も新一のことをライバル視していたが、『ホームズフリーク殺人事件』の推理披露のためにコナンに時計型麻酔銃を撃たれ、その推理の途中で小五郎に殴られたショックによって目を覚ますと、その口調と論理の組み立て方からコナンの正体が新一であることに気づき、彼の事情を知ってからはコナンの良き協力者の1人となる。プライベートで東京を訪れる際には毛利探偵事務所に泊めてもらったり食事を共にしたりするほか、偶然2人で同じ事件に遭遇した際には「探偵は探偵を呼ぶ」と言ってコナンとの再会に上機嫌になったりと、ライバルというよりは親友同士のノリで理解しあっており、コナンと共同で捜査や推理に当たり、事件を解決へ導くようになる。コナンが「工藤新一」として接することができる数少ない人物であり、コナンも平次のことを頼もしく思っている。コナンに影響されて「犯人を絶対自殺させない」と考えるようになる。新一とは、中学校のスキー旅行の時に起きた事件の推理を巡ってすでに対決していたが、平次はそのことに気付いていない。