柯南在混乱中意到弹孔的特殊角度：弹道轨迹显示狙击手并非来自对面大楼，而是会场内部的隐蔽位置。他偷偷收集弹壳残片，发现上面刻有一串模糊的军用编号。与此同时，目暮警官接到报告：当日清晨，东京郊外的废弃军火库发生爆炸，现场遗留的弹壳编号与狙击弹全一致。两起事件指向同一人——代号“夜枭”的前特殊部队狙击手，此人三年前在一次跨国反恐行动中失踪，被推测已死亡。
灰原哀通过公安系统的加密数据库查询到“夜枭”的真实身份：前日本特种突袭部队成员风间彻，曾因任务失误导致三名平民死亡，事后被军方掩盖真相，本人则被秘密除名。柯南结合狙击弹的弹道分析和爆炸现场的残留物，推断风间彻的目标并非刑警总监，而是峰会嘉宾名单中的某个人。名单上的五位前特种部队成员，竟都与三年前的“平民死亡事件”有关。
第二个受害者很快出现。当晚，前特种部队队长佐藤健司在自家公寓阳台被狙击身亡，尸体旁留有一张条：“血债需用鲜血偿还”。柯南意到佐藤手中紧握的旧照片——三年前任务现场，除了风间彻和佐藤，照片里还有另外三人，其中一人正是现任警视厅副总监黑田兵卫。黑田副总监的突然“因病请假”，让柯南嗅到了阴谋的气息。
通过阿笠博士的弹道模拟装置，柯南还原出狙击轨迹：凶手利用会展中心的通风管道作为射击孔，再通过提前布置的镜面反射改变弹道方向，制造“外部狙击”的假象。而能如此熟悉会场结构和警方安保部署的，只有内部人员。此时，灰原哀破了风间彻留下的加密档案：三年前的“平民死亡事件”实为军方高层为掩盖武器走私，故意牺牲平民并嫁祸风间彻，名单上的五人都是当年的知情者和参与者。
最终对决在东京晴空塔展开。风间彻以黑田副总监为人质，公开当年的真相。柯南暗中用麻醉枪射中黑田的手臂，干扰风间彻的瞄准；与此同时，赤井秀一从远处楼顶精准击落风间彻手中的狙击枪，柯南趁机抛出足球腰带中的充气足球，将其撞向护栏。被捕前，风间彻嘶吼着展示军方走私武器的交易记录，黑田副总监在证据面前终于承认参与掩盖真相的事实。
案件落幕，警方根据风间彻提供的线索捣毁跨国武器走私集团，当年的冤案得以昭雪。夕阳下，柯南望着晴空塔的剪影，口袋里的手机收到小兰发来的信息：“爸爸的嫌疑洗清啦，晚上一起吃鳗鱼饭吧！”