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某日清晨，千钧带着静杨、小雅、直子几人前往米花综合医院看望住院的毛利小五郎。外面传来清脆的鸟叫声，小兰和柯南也在病房里，小五郎在床上伸个懒腰，“真是无聊死了！”小兰在旁边嘲讽几句，说话间文良和云灵也带着礼物来看望毛利侦探。说起来，毛利已经住院3个星期，在此之前，毛利大叔在受委托办案时抓捕一个抢劫伤人的罪犯，犯人拼命反抗，二人在缠斗中，毛利的腿不小心踢到了铁管上面，于是悲剧了。
幸好，千钧及时赶到，轻而易举从后面击倒了凶犯。说起来，顺利找到这个犯人还多亏了柯南的推理，当然最后的功劳都是毛利侦探。事情结束后，警视厅还给以毛利小五郎c级奖励，那个委托人还负责了小五郎的所有治疗费用，这家医院也是委托人选中的，据说在骨科治疗上非常出名。
静杨笑道，“原来这样，我本来还奇怪，毛利叔叔为何没有去成实姐姐那里。”小兰也道，“不过，爸爸最近一直忙得很，好好休息也不错。”直子笑道，“当然，大叔现在是名侦探，案件肯定很多，这次好好休息一阵子吧。”小兰将手中的一粒葡萄扔到小五郎嘴里，门打开了，走进一位美女护士，“到了吃饭时间了。”小五郎大喜，“终于到了吃饭时间了！”千钧很快就问明白了，这位美女护士名叫中山和美，今年26岁，“看来名侦探的肚子饿得比别人还要快哦！”小兰笑着接过餐盘，端到毛利床前，小五郎有些无奈，“真想喝点啤酒吃点寿司什么的……”
大家都笑了，文良道，“大叔真是死性不改啊！”云灵打趣，“毛利叔叔，你这样都不像名侦探了！”小兰也抱怨，“真是丢死人了！”千钧赞成，“有和美小姐这么漂亮的大美女在这里，还惦记什么啤酒，难道没听说过什么叫秀色可餐嘛……哎呦！”小雅不着痕迹地扭了他一下，“真是的，你老毛病是不是也犯了？”千钧看见静杨和直子的眼里都出现寒光，急忙说没有，又打诨将话题岔开。柯南好笑，“这家伙还是老样子，看见美女就走不动了。”
中山和美见千钧称赞自己的容貌，大为高兴，发出银铃般的笑声，“不过，我们护理部这几天都在讨论说希望能看到大名鼎鼎的名侦探。”小五郎大喜过望，“你们这些白衣天使，都在谈我？”和美笑着表示肯定。千钧暗怒，接近美女的好机会被大叔给抢了。说话间，走进一位长相阴森的男医生，“连我也希望有机会能跟你这位名侦探谈一谈，肯定能增长不少见识。”此人是毛利的主治医师，白井光雄，今年40岁。大叔难得谦虚，“怎么连白井医生也这么说，哈哈……我都有些不好意思了！”
这时，又走进一位脸上有厉色的男医生，“什么增长见识？大侦探，你最好小心不要变成他的实验品。”此人名叫江藤胜利，同样是医院的医师，40岁。白井大怒，厉声道，“你太失礼了！”江藤摆手，“你不要这么恐怖嘛！大侦探，如果某日我被杀的话，凶手一定是白井医生。”说完江藤哈哈大笑离去，白井脸色很难看，大家都看得目瞪口呆。白井解释，江藤跟他是医科大学的同班同学，二人都是外科医生，“他的嘴巴一向很毒，不过他在外科手术的功力上可是一流的。”
柯南吐槽，“功力一流，个性不敢恭维。”千钧低声道，“看来他们两个的矛盾很深啊！”柯南点头。稍后，大家相继起身离去，到了晚上，下起大雨，小兰也打算携柯南告辞离去，千钧特意过来接他们回家。这时，白井端着一杯啤酒走进来，说要听小五郎好好谈谈办案的事情。小五郎见酒大喜，“说起我办的案子，出名的那可太多了。”随后毛利开始自吹自擂起之前的案件，白井在咖啡里放入了大量的糖，千钧疑惑，“好像太多了吧。”柯南也觉得有些不对劲，小兰急着回去，催促二人，二人只好起身离开，可是二人都对白井的行为感到疑惑。
当夜，小五郎从睡梦中惊醒，发现白井不知道什么时候离去了，他在对面的窗户处看到了有人持刀杀人的影像。小五郎抄起拐杖匆忙赶过去，并且通知了前台的2名美女护士。惠子护士跟着毛利赶到现场房间，发现里面空无一物，惠子说这是间空病房。随后有2名警察接到报警过来，毛利只好说尸体不见了。江藤和白井都闻讯赶来，江藤指责毛利胡闹，毛利争辩自己的确看到了。白井也认为毛利的精神有些不太好，可能看错了。毛利也有些困惑，他的确在跟白井聊天的时候就不知不觉睡着了。江藤嘲笑，“看来我们的名侦探也有疲倦的时候，居然让大家虚惊一场。”大家都认为是误会，病人们、护士医生和警察各自离去。
但随后几个晚上，毛利侦探连续数次看到了行凶场面。结果每次都虚惊一场，毛利有些迷糊，明明看到了，怎么会没有人呢。千钧和柯南、小兰都赶到医院。白井医生认为毛利小五郎的处理案件过多，精神压力太大了，也许是产生了幻觉。小五郎坚持绝不是幻觉，小兰安抚激动的父亲，脸上都是担忧。千钧和柯南都觉得事情蹊跷，大叔虽然有时候糊涂，但还不至于荒唐到产生幻觉的程度。千钧怀疑，“是不是有人在进行杀人演练，故意制造狼来了的故事？”柯南摇头，“如果是演练，不被人看到不是更好吗？现在最好去现场看看。”
二人来到病房现场，柯南在窗户前地板上发现了些痕迹，千钧记得当日夜里有下雨。柯南判断当日这个窗户是打开的，毛利的病房在对面的七楼。千钧发现正对着这个房间的窗户没有窗帘，“也许那个房间没有使用吧。”柯南眼前一亮，“我明白了。”那间仓库在晚上开灯的话，这个玻璃窗户会像镜子一样发射。对方利用窗户的反射角度故意将影像投射到病房房间，让小五郎看到，让他误以为是在这个空病房发生了命案。也就是说，这是一种利用镜子的作案手法。千钧不得不佩服柯南，这么快就弄明白了原委。
二人来到对面第一现场的4楼仓库，这里面有不少东西，千钧还发现了一个充气的假人。柯南认为凶犯就是利用这个假人演戏的。千钧皱眉，“这件事情是单纯的恶作剧吗？”柯南摇头，“也许这件事情背后有其他用意。”千钧笑道，“那我们今晚来个守株待兔好了。”当天晚上，再次下起大雨，柯南主动留在病房照顾毛利。千钧先开车送小兰回家，然后悄悄潜回医院埋伏。毛利病房内，白井称赞柯南几句，调好闹钟，故意拉开窗帘就离去了。
等到了深夜11点时，小五郎和柯南被闹钟的铃声惊醒，一起看到对面玻璃窗上的杀人场景。柯南发出惊叫，小五郎大惊，“你也看到了？那这根本不是幻觉了！”小五郎拼命赶往对面仓库的第二现场，柯南却前往楼下的第一现场。千钧从仓库里面出来，“柯南，这里根本没人来过，假人也没人动过。我一直埋伏在里面。你的推理是不是有问题？”
柯南一愣，大叫，“不好，叔叔危险了！”千钧大惊，捞起柯南一起向对面病房赶去。同时，凶手刚刚将小五郎击晕，听到急促的脚步声，只好从拐角处逃离。千钧只看到了一个背影。柯南跳入房间，发现小五郎躺在地上，旁边的江藤胜利背后插着一把刀子。千钧去追逃离的人，然而那人突然不见了，来往的都是医院里面的人，大家都说没有看到可疑的人。
目暮警官和高木警官带队赶到了现场。经过初步调查，死者江藤胜利身上有2处伤口，都是被刀子刺中，但刀子上没有任何人的指纹，这让目暮很是疑惑。目暮警官询问毛利，毛利表示自己也是一头雾水，只知道自己进来就被人打昏了。随后，小兰也闻讯赶来，柯南也说自己不知道怎么回事。千钧没有看到行凶的窗户影像，自然也不知道到底怎么回事。
白井光雄突然走过来，指认毛利侦探杀了江藤医生，他今天也刚好在医院值班。目暮问他为什么认定是毛利杀了江藤？白井认为毛利侦探最近压力太大，总产生幻觉，“所以我一直担心有什么事情发生。”柯南急道，“可是我也看到了病房杀人的场景。”目暮认为柯南只是小孩子，证词不足以采信，会被人认为是袒护毛利。
毛利也想不起来当时的具体情况，也疑惑自己是不是真的杀了人。小兰提着老爸的衣领大吼，“你胡说什么，麻烦你振作点！”千钧急忙上前劝阻，“好了，这个闹剧该结束了。凶手不是大叔，我在带着柯南追过来时，看到一个人影从拐角处逃走，但我追过去时，那人却不见了。如果我的判断没有错的话，那人才是杀死江藤打晕大叔的凶手。”目暮大喜，马上命令高木进行调查。警方经过调查，认为凶手绝对是医院里面的人，因为没有人在案发后离开医院。
千钧又想起江藤曾经说过的话，告知了高木，高木也很快确认了江藤和白井在医院里有很多尖锐的矛盾。白井声称案发的11点半他在自己的办公室，这栋大楼的3楼，当时中山和美前往送病历给他。中山和美肯定了这点，她当时过去听到白井在打电话，就将病历和咖啡放到了桌子上。千钧认为只听到声音，不能作为不在场证明。和美却说，白井跟她交谈几句，吩咐她将东西放到桌子上。目暮警官点头，认为的确不可能是录音带，白井的不在场证明是成立的。
柯南却问白井电话的内容，白井随口说是外面的匿名病人打进来的，对病情进行抱怨。柯南和千钧都认为这个白井最可疑，关键就在和美提供的不在场证明。二人进入白井的房间进行调查，千钧发现白井的电话是那种不用拿起话筒就可以答话的电话。柯南发现咖啡杯是空的，但是砂糖却一包也没用。柯南眼睛一亮，终于明白了白井是怎么制造不在场证明的，而凶手就是白井。千钧依然一头雾水，但他却在外面找到了被凶手丢弃的木棍，还在白井房间找到了一副手套。柯南让鉴识检查了咖啡杯，上面果然没用白井的指纹。
于是，沉睡的小五郎出现了。毛利侦探解释，这是一起经过巧妙设计的犯罪案件。首先凶手故意让毛利以为自己精神上有了问题，接下来凶手想让小五郎背上杀人的黑锅，又为自己制造出不在场证明。凶手为了达到这个目的，首先利用了4楼仓库里面训练用的假人，然后把第二现场病房的窗户打开，将仓库里面自导自演的杀人案反射出去，为的是让小五郎看到这一切。而在今天晚上11点半时将江藤叫到那间空病房，将其杀害，就像之前一样，不过，这次真的杀了人，而毛利和柯南都目击到这一幕。
千钧叹服，“原来如此，这是36计里面的瞒天过海之计。”目暮点头，“那凶手怎样才能让你们刚巧看到这一幕呢？”小五郎解释，凶手为了达到这个目的故意将毛利房间的窗帘拉开，再把事先调好的安眠药让小五郎服下，又故意把闹钟时间设定在11点半。案发后，把赶到现场的毛利用木棍击晕，可是这时出现了偏差，他本来打算让刀子上沾上毛利的指纹，但千钧以超越常人的速度飞奔而来，他只好匆忙逃走，然后以正常身份出现，千钧当然追不到人。
目暮急忙问，“那凶手到底是谁呢？”白井哈哈大笑，“难道你认为凶手会是我吗？”千钧冷笑，“你这个白痴，居然还笑得出来，凶手就是你！”毛利侦探郑重道，“没错，杀害江藤的凶手就是白井。”白井再次提出自己的不在场证明，目暮警官也说那不可能是用录音带交谈的，毛利侦探大笑，“是手机。”白井先在11点半前，用办公室的电话打到手机上，把扩音器打开，然后快速跑到北栋病房现场，到那里将江藤杀害。在刚刚11点半时，又利用尸体演出杀人的戏法给毛利看，所以尸体上会有2个伤口。然后再用手机，通过电话跟中山和美护士交谈。
随后，毛利赶到现场，白井用钝器将其击晕。之后，白井被千钧追逼，逃回办公室后，先把电话的扩音器关掉，将钝器扔到窗外，等把一切处理完后，走出办公室，混在骚动的人群中。不过有一件事情，白井没有注意到。中山和美特别好意给他泡了一杯咖啡，而白井是个很爱吃糖的人。但是这一次所有的砂糖都没有用，这表示白井根本没有喝这杯咖啡。白井哈哈大笑，“简直一派胡言，我有时候也会不加糖喝纯咖啡的。你说的这点根本不能成为证据。”毛利突然问，“那你真的喝过咖啡吗？”白井点头，还说自己在喝过咖啡后洗完杯子，所以上面也没有唾液。
毛利冷笑，“但是还缺少一样重要的东西。”白井一愣，“什么东西？”小五郎道，“你的指纹，咖啡杯上面根本没有你的指纹。”白井恼怒，“我说过了，我喝完后洗过杯子。”小五郎质问，“那就奇怪了，杯子的把柄上有和美小姐的指纹，为什么没有你的指纹呢？难道你把自己的指纹单独洗掉了吗？这根本是不可能的！”千钧击掌，“原来如此，他在将棍棒丢到窗外后，就马上去清洗了咖啡杯子，当时他的手上肯定还戴着作案用的手套。他在冲洗的时候，只洗了咖啡里面，把柄处自然没有冲洗到。所以杯子上只有和美小姐的指纹。”
目暮马上让白井解释指纹的事情，白井苦笑，“真是太讽刺了，原本是为了不留下证据才刻意戴上手套的，现在反而变成破案的证据了。”目暮警官见他认罪，就直接询问动机。原来，原外科院长退休，白井光雄、江藤胜利一起成为外科院长候选人，但是江藤胜利手上有白井光雄通过走后门进入医院的把柄，当年的那笔钱是江藤胜利的父亲出的，江藤因此威胁白井光雄辞职。白井就设计杀死江藤，嫁祸给小五郎。毛利侦探叹息，“白井医生，这种违反正道的做法本来就不会有好结果的。”
目暮警官等人向毛利道谢后，带走白井。其他人也逐渐散去，小五郎恢复意识，捂着头叫苦，“我受够了，受够了什么沉睡的小五郎了！”小兰笑道，“为什么呢？你不是把这件案子解决的很漂亮吗？”千钧也急忙提示了解决案件的大致过程，然后大声称赞，“不愧是平成年代的明智小五郎！”毛利有些不自信，“真的是这样吗？”小兰点头肯定，小五郎站起身哈哈大笑，“我就知道，我毛利小五郎果然宝刀未老！”看着大叔判若两人的表现，柯南吐槽，“真是受不了这个糟老头子！”千钧大笑，“这才像大叔的作风！”
尾声，白井光雄为了权位杀害江藤胜利，击晕毛利小五郎，并嫁祸给毛利侦探，被法庭判处12年徒刑。毛利小五郎破获该起综合医院谋杀事件，警视厅给以B级奖励。事后，人们纷纷评论，白井又是个想捉弄名侦探的傻瓜，还自以为是信心满满想要嫁祸给毛利侦探，结果是自己将牢底坐穿。毛利侦探自然又一次名声大振。