Mentre Kogoro e Masumi proseguono le indagini sull'omicidio, la tensione legata all'Organizzazione raggiunge il culmine. Masumi affronta l'uomo somigliante ad Akai chiamandolo "fratello mio", ma viene brutalmente stordita. Si scopre che sotto le spoglie del sosia sfregiato si celava Vermouth, la quale viene smascherata da Yukiko Kudo all'interno di una cabina. Yukiko lancia una sfida all'attrice: se il gruppo di Shinichi riuscirà a proteggere Ai, l'Organizzazione dovrà rinunciare alla ragazza. Nel frattempo, Subaru Okiya mette al sicuro il corpo di Masumi, sorridendo in modo enigmatico quando la sente mormorare il nome di Shuichi nel sonno. Conan, agendo nell'ombra, risolve il caso di omicidio del treno per liberarsi e concentrarsi sulla protezione di Sherry, mentre la trappola dei "Neri" sta per scattare.