在米花町这个看似平静的城市，一场令人揪心的虐猫事件打破了往日的安宁。一只原本在街头流浪的花猫，被人发现时身上布满了伤痕，奄奄一息。附近的居民将它送往了动物医院，但花猫最终还是因伤势过重死去。这一事件在当地引起了公愤，民众们纷纷要求警方找出虐猫者，给予严惩。
毛利小五郎所在的侦探事务所也接到了委托，一位名叫林田的爱猫人士希望小五郎能够帮忙调查这起虐猫案。小五郎向来富有正义感，虽然这类案件并非他平常处理的类型，但还是决定接下委托，柯南也自告奋勇一同参与调查。
他们首先来到了花猫被发现的地方——一条偏僻的小巷。柯南仔细地在周围勘查，发现了一些奇怪的脚印，脚印的形状不规则，似乎是穿着某种特制鞋子留下的。此外，在小巷的墙壁上，还发现了一些用尖锐物体划下的痕迹，看起来像是一些没有规律的符号。
小五郎则开始向附近的居民打听情况。一位老妇人告诉他们，最近几天，她曾看到一个穿着黑色风衣、戴着帽子的人在这一带鬼鬼祟祟地出没，但因为距离较远，没看清长相。
根据这些线索，柯南和小五郎推测，虐猫者很可能是一个有特定行为模式的人，那些符号也许是他的某种“标记”。他们沿着小巷附近的街道继续寻找，希望能找到更多关于这个神秘人的线索。
在一家废弃工厂附近，柯南又发现了一些新的脚印，与之前在小巷里发现的脚印相匹配。两人决定进入工厂一探究竟。工厂内弥漫着一股刺鼻的气味，西周摆放着各种废弃的机器和杂物。
就在他们小心翼翼地深入工厂时，突然听到了一阵隐隐约约的猫叫声。柯南和小五郎顺着声音的方向找去，发现了一个用木板钉成的简易笼子，里面关着几只小猫，小猫们看起来都很惊恐。
然而，并没有发现虐猫者的身影。柯南注意到笼子旁边有一本破旧的笔记本，上面画满了各种奇怪的图案和一些关于猫的扭曲文字，文字中透露出对猫的极端厌恶和扭曲的“惩罚”想法。
就在这时，工厂外传来了一阵脚步声。柯南和小五郎赶紧躲了起来，只见一个穿着黑色风衣、戴着帽子的男人走进了工厂。他径首走向笼子，嘴里嘟囔着一些听不懂的话，然后从口袋里掏出一把小刀，伸向了笼子里的小猫。
小五郎再也忍不住了，他冲了出来，大喝一声：“你在干什么！”男人被吓了一跳，手中的小刀掉落在地。他转身试图逃跑，却被柯南用足球绊倒。
男人被制服后，警方也赶到了现场。经过调查，这个男人名叫佐藤，因为童年时期被猫抓伤过，从此对猫产生了极度的恐惧和厌恶，心理逐渐扭曲，便开始以虐猫来发泄内心的情绪。
这起虐猫案在柯南和小五郎的努力下成功告破，佐藤受到了应有的法律制裁。而那些被解救的小猫，也在林田和其他爱猫人士的帮助下，找到了温暖的新家，米花町也暂时恢复了往日的平静。
