在米花町的樱花中学，原本充满活力与欢笑的校园，被一场突如其来的悲剧笼罩。清晨，当学生们像往常一样走进校园，准备开始新一天的学习时，一声尖叫打破了校园的宁静。一名学生在学校的储物间发现了一具尸体，死者是学校的美术老师泷川。
警方迅速赶到现场，封锁了储物间。毛利小五郎和柯南得知消息后也第一时间赶到了樱花中学。泷川老师趴在地上，背后插着一把尖锐的美工刀，周围有一些凌乱的美术用品散落在地。
柯南蹲下身子，仔细观察着尸体和周围的环境。他发现泷川老师的手中紧紧握着一支红色的画笔，在地上似乎写了些什么，但被刻意涂抹得模糊不清，只能隐约看出是一个类似字母“X”的形状。
毛利小五郎摸着下巴，一脸严肃地说：“看来这是一起有预谋的杀人案，凶手应该是趁泷川老师在储物间时，从背后偷袭了他。”
这时，学校的校长匆匆赶来，神色慌张地说：“毛利侦探，这可怎么办啊？学校里发生这样的事，学生们都人心惶惶的。”
小五郎安慰道：“校长您先别着急，我们一定会尽快找出凶手。您能给我们介绍一下泷川老师平时的情况吗？他有没有和什么人发生过冲突？”
校长思索片刻后说：“泷川老师平时为人还算和善，不过最近他和体育老师山本因为学校活动场地的分配问题发生过几次激烈争吵。山本觉得美术活动占用场地时间太长，影响了体育课程的正常开展。”
柯南在一旁听到这番话，心中将山本列为重要嫌疑人。他们决定先去找山本了解情况。在体育馆里，他们找到了山本。山本看到警察和侦探，脸色微微一变，但还是故作镇定地问：“你们找我有什么事？”
小五郎首截了当地说：“山本老师，泷川老师被杀了，我们知道你们之间有矛盾，希望你能配合调查，说说昨天下午你在什么地方。”
山本皱起眉头，有些生气地说：“我就知道你们会怀疑我。昨天下午我一首在体育馆整理体育器材，有好几个学生可以给我作证。”
柯南仔细观察着山本的表情，觉得他不像是在说谎。就在这时，一名女学生跑过来，小声地对柯南说：“大哥哥，我觉得美术课代表美雪也有点奇怪。泷川老师最近对她的一幅参赛作品提出了很多严厉的批评，美雪好像很生气。”
柯南和小五郎又找到了美雪。美雪看上去有些紧张，当被问到和泷川老师的关系时，她低着头说：“我是很喜欢画画，泷川老师对我的批评我也虚心接受了，虽然当时有点难过，但我不会因为这个就杀人的。”
然而，柯南在和美雪交谈过程中，注意到她手上有一些红色颜料的痕迹，和泷川老师手中画笔的颜料一致。难道美雪才是真正的凶手？案件越发扑朔迷离，柯南能否在众多线索中抽丝剥茧，找出真正的杀人凶手，让校园恢复往日的平静呢？
柯南看着美雪手上的红色颜料痕迹，心中疑团更甚。但他并未立刻表露出来，而是继续不动声色地询问：“美雪同学，你最后一次见到泷川老师是什么时候呢？”
美雪微微颤抖着声音回答：“就……就是昨天傍晚，我去办公室找他请教关于参赛作品的问题。”
柯南紧接着追问：“那之后你去了哪里？有没有人可以证明？”
美雪的眼神开始躲闪：“之后我就回教室收拾东西，然后回家了，教室里当时己经没什么人了……”
小五郎在一旁也察觉到美雪的异样，严肃地说：“美雪同学，你最好如实交代，不然事情可能会变得更糟。”
美雪咬着嘴唇，泪水在眼眶里打转，似乎在做着激烈的思想斗争。就在这时，柯南突然想到地上那模糊的“X”痕迹。他脑海中灵光一闪，跑到储物间，仔细观察那个痕迹，发现从某个角度看，这个“X”其实更像是两个重叠的“V”。
柯南心中有了答案，他回到众人面前，开始推理：“我知道凶手是谁了。凶手并不是山本老师，也不是美雪同学。”
众人都惊讶地看着柯南。柯南继续说道：“凶手是音乐老师泽田。泽田老师一首嫉妒泷川老师在学校的人气，而且泷川老师曾经无意中发现泽田老师私自挪用学校艺术活动经费的事情，威胁要告发他。”
小五郎疑惑地问：“那和地上的痕迹以及美雪手上的颜料有什么关系？”
柯南解释道：“泽田老师杀害泷川老师后，故意留下类似‘X’的痕迹，想误导我们。而美雪同学手上的颜料，是因为她发现老师遇害后，想用画笔留下凶手的线索，但被泽田老师发现，慌乱中她手上沾上了颜料。泽田老师以为美雪看到了他行凶，所以故意想把嫌疑引到美雪身上。”
小五郎又问：“可是你怎么确定是泽田老师呢？”
柯南说：“我刚才去查过，昨天傍晚泽田老师原本有音乐课，但他却临时取消了，有充分的作案时间。而且，我在泽田老师的办公室发现了和储物间同款的美工刀，刀柄上还有他的指纹。”
警方立刻前往泽田老师的办公室，果然找到了证据。面对铁证，泽田老师无法抵赖，承认了自己的罪行。
随着凶手落网，樱花中学的这场危机终于解除。校园里又恢复了往日的生机与活力，学生们也不再被恐惧笼罩。毛利小五郎和柯南在解决案件后，满意地离开，他们知道，维护米花町的安宁，是他们一首要坚守的使命。
