“十八层地狱”案件的阴霾刚刚散去，城市又被一桩极其残忍的案件笼罩。一所女子高中发生了一起碎尸案，受害者是该校的一名女学生，尸体被肢解后丢弃在学校的各个角落，场景血腥恐怖，给全校师生带来了巨大的冲击。
柯南和灰原哀听闻此案后，立即赶赴女子高中。校园里弥漫着恐惧和悲伤的气氛，学生们面色苍白，老师们也都神情紧张。案发现场已被警方封锁，柯南和灰原哀戴上手套，小心翼翼地踏入其中。
碎尸的状况惨不忍睹，警方正在努力拼凑尸体，试图还原死者的身份和遇害过程。柯南蹲下身子，仔细查看每一块尸块，试图从伤口处寻找线索。“从切口来看，凶手使用的工具应该是较为锋利的锯子之类的器械，而且切割手法熟练，不像是初次作案。”
灰原哀在一旁检查死者遗留的衣物，发现衣服上有一些奇怪的污渍，像是某种化学试剂。“柯南，你看这些污渍，或许能成为找到凶手的关键线索。”
警方通过调查确认了死者身份，是该校高二的学生小林美奈。据同学们反映，小林美奈性格开朗，没有与人结怨的迹象。柯南和灰原哀决定从学校内部人员入手展开调查，包括老师、学生以及后勤工作人员。
他们首先对学校的实验室进行排查，因为死者衣物上的化学污渍让他们怀疑案件与化学实验有关。在化学实验室里，柯南发现了一瓶特殊的试剂，与死者衣物上的污渍成分相同。经过询问，这瓶试剂是由化学老师山本负责管理。
山本老师面对柯南和灰原哀的询问，显得十分紧张，眼神躲闪。但当警方进一步追问时，山本却坚称自己与案件无关，只是试剂近期有丢失的情况。柯南和灰原哀并未轻易相信山本的说辞，继续在学校展开深入调查。
在调查过程中，他们从一名学生口中得知，近期学校的一个社团活动中，小林美奈与另一名学生发生过激烈争吵。争吵的原因似乎是关于社团活动经费的使用问题，而那名学生正是学校理事长的女儿——铃木晴子。
柯南和灰原哀立刻找到铃木晴子。铃木晴子一开始态度傲慢，但在面对柯南和灰原哀的步步追问下，她终于承认与小林美奈发生过争执，但坚决否认与碎尸案有关。
案件陷入僵局，柯南和灰原哀重新梳理线索。柯南突然想到，在发现尸块的地点中，有一处是学校的旧仓库，那里鲜有人去。他们再次来到旧仓库，经过仔细搜寻，在角落里发现了一些血迹和残留的碎布。
顺着血迹的方向，他们在仓库的夹层中找到了一些重要线索——一本日记和一把带血的锯子。日记的内容令人震惊，原来凶手竟是学校的一名清洁工——田中。田中曾经是一名外科医生，因医疗事故被吊销执照，心理逐渐扭曲。他偶然得知小林美奈与铃木晴子的争吵，利用小林美奈对他的信任，将其骗到旧仓库杀害并碎尸，企图嫁祸给铃木晴子。
警方根据柯南和灰原哀提供的线索，迅速将田中逮捕。女高碎尸案终于真相大白，女子高中也逐渐恢复了往日的平静。柯南和灰原哀再次凭借智慧和勇气，为受害者讨回了公道。