千钧发现那位佐藤医生一直在擦汗，毛利侦探上前询问，“佐藤先生，你是否知道什么隐情？”泰三结结巴巴地说，“我怎么会知道……”伊达冷笑，“算了，你就说了吧，没关系的。内海昨晚跟我在旅馆大吵了一架，警方迟早会知道的。”二人吵架的原因是一件无中生有的中伤事件，伊达如此解释，“其实收受回扣的事情我根本不知道，真是伤脑筋啊，你们不会在怀疑我吧？”
小林警官说，“不会啊，你跟死者不在同一列车上，当然不可能行凶的，这些人都可以证明。”柯南询问泰三，“佐藤叔叔，你为什么要搭乘汤之山线列车而不是花镇线列车？”泰三笑着说，“其实无所谓，主要是伊达已经替我买好票了。”千钧疑惑，“你们感情这么好，之前在电车上为什么吵架呢？”泰三笑着说，“我想把车票钱还给伊达，可是伊达说什么也不收。我要把钱硬塞给他的时候，他就生气了，后来就去了别的车厢，那会儿还真是伤脑筋啊！”
柯南判断伊达的所有行动都是有预谋的。柯南询问由美，知道汤之山线电车跟花镇电车中间交叉的站点只有水之川车站，花镇电车到达水之川的时间是10:30，汤之山线电车是五分钟后，花镇电车当时已经离开了才对。柯南的推理陷入死胡同，千钧拿起手机跟静杨打电话，“是啊，碰上柯南跟毛利叔叔，出了人命了，我们要晚点才能回去了。”
柯南恍然大悟，凶手可以利用手机。小兰突然惊叫起来，“糟了，园子托我在温泉街买的纪念品，我都忘在电车里了。”由美道，“那赶快跟电车车长打电话，让他们晚一点发车吧……”打完手机后，小兰匆匆跑过去取东西。柯南完全明白了，原来是凶手也是用了这样的借口啊。
柯南趁机把大叔骗到车站的职员休息室，将其麻醉，大叔奇怪，酒还没醒啊，就晕了。小兰跟车长道谢后，听到了喇叭里面传来小五郎的声音，让大家都赶去集合，开始进行推理秀，因为他已经知道凶手是谁了。
伊达气势汹汹地说自己很忙的，小林警官也询问怎么回事，毛利侦探道，“给我15分钟就可以解开案件了。”伊达大笑，“你是说15分钟之内你就能逮捕凶手吗？”小五郎肯定，“你说的一点也没错，伊达医生！”伊达冷笑，“那你的意思是要逮捕我了？”千钧奇怪，“毛利叔叔还没有说你是凶手，你就不打自招了吗？”伊达一愣，“这个……”小五郎冷笑，“没错，凶手就是伊达高志。”
大家都大吃一惊，小兰提出疑问，“伊达医生跟我们在同一列车上，不可能杀死花镇电车上的内海医生啊！”千钧想起来，“在我们上车后不久，我们就没有看到他了。下车后，在花镇站台才看到他的。”小兰点头，“的确是这样，难道他换车了吗？”由美疑惑，“唯一能换车的地方在水之川车站……”小林警官摇头，“不可能的，时间来不及啊！”
伊达嚣张地拿出列车时刻表，说明了两辆列车之间相差5分钟，是不可能的。千钧大怒，“难道花镇线电车不会晚点5分钟吗？”小林警官一愣，“一般情况下，我们这里的所有列车是不会晚点的。等一会儿，我去查一下，如果晚点的话，肯定会有报告送上来……”毛利侦探开口，“不用了，有没有晚点都一样。只要有一部手机就可以做到这种事情了。”
毛利侦探解释，伊达高志提前用手机打电话过去，说自己在花镇线列车上忘了东西，待会儿要过去拿，请他们暂时保管。到达水之川车站前，伊达故意跟泰三吵架，移动到第一节车厢做准备。伊达将外套反穿，戴上墨镜进行伪装，下车后利用月台之间的天桥赶到6号月台上，换乘花镇线列车。花镇线列车为了等失主，就延后5分钟发车。伊达上车后，找到内海，用注射器将氯化钾注射入内海静脉中，将其杀害。在抵达花镇车站后，伊达下车去掉伪装，等汤之山线电车到站后，大家开始下车，伊达故意从后面追上来，让大家以为他落在后面。
小林警官很快证实了，花镇线电车的确因有人要寻找失物延迟了5分钟发车，但最后车长跟乘务员没有找到失主所说的重要东西。伊达高志嚣张地不肯承认，请毛利侦探拿出证据来。千钧想起中途车长检票盖章，“伊达医生，请你拿出汤之山线电车的车票来让我们看看吧！我记得过了水之川车站后，车长才进行了查票的。你没有换乘的话，上面应该有查票的盖戳。”
小林警官要求伊达马上出示车票，伊达装酷说车票自己丢掉了，“你们这么怀疑我，到底是什么意思？我看你们根本找不出证据来，哈哈……不好意思，我不能再陪你们玩游戏了，我忙得很……”伊达拿起包起身离开，千钧大怒，揪住他将其打倒在地，“你装什么傻，你以为你想走就可以走吗？你现在是重大嫌疑人，你不懂日本法律吗？没有负责警官的许可，你哪里也不能去！”
伊达灰头土脸爬起来，“混蛋，怎么可以这样做？我要找律师来……”由美冷笑，“就凭你有重大杀人动机，也没有任何不在场证明，警方随时可以拘留你3天，如果情节严重，像你这样的故意阻扰警方办案，可以拘留7天，你找律师来也没有用！”小林警官示意，两名助手将伊达押了回来，伊达老实了很多，“哼，就算这样，你们也没有足够的证据，上了法庭法官也会判我无罪的……”
小林警官苦笑，“毛利先生，现在怎么办啊？我们手头上的证据不够啊，没有办法证明他换乘了列车。拘留7天后恐怕还得将他释放……”毛利侦探开口，“伊达先生，我记得你的钱包里面有一堆硬币吧？你为了造成强盗抢劫假象，把被害人的钱全拿了过来，硬币上一定会有指纹的。”伊达冷笑，“让你失望了，毛利侦探。我昨晚跟内海在一起时交换了香烟跟硬币什么的，所以上面有我们两个的指纹也不奇怪。”
千钧大怒，“有这个证据就足够逮捕你了，哼，上了法庭就得看法官跟陪审团是否相信你的巧言解释了！”小林警官点头，下令立即给伊达戴上手铐，“不过，这样的话，他还是有相当大的可能脱罪的，毛利侦探，还有没有别的证据？”毛利侦探叹息，“你们都搞错了，我刚才说的不是被害人的指纹啊，而是那位漂亮的铁路销售小姐的指纹！内海在临死前掏出一大把硬币向她买了饮料，那位小姐将找的零钱硬币亲手递给给了内海！”
大家都明白过来，由美笑道，“当时伊达医生应该在汤之山线列车上才对，如果花镇线销售小姐的指纹出现在伊达的硬币上的话，就足以证明伊达医生就是凶手了！”伊达高志彻底瘫倒在地，眼睛里的神采消失不见了。原来，那个谣言是真的，伊达高志收受医药公司的回扣，刚好被内海发现了，还拍下照片，内海趁机对伊达进行勒索，否则就要向医师学会举报他。按照日本的规定，如果医师学会发现医生收取贿赂回扣的话，会吊销医生的行医执照的。所以伊达处心积虑设计了列车手法事件杀死内海灭口，本以为自己的手法是天衣无缝的。
毛利侦探冷笑，“不管是什么样的名医都是普通人，再谨慎小心也会有误诊出现。普通人所犯的罪行是不可能天衣无缝的。”小林警官向毛利侦探表示感谢后，命令手下押着伊达离开了。小五郎清醒过来后，觉得睡得真舒服。由美称赞他不愧是名侦探，千钧急忙提醒毛利破案的结果。毛利疑惑，“我们怎么还在这个地方？”柯南道，“不如在花镇附近的温泉街再住一晚好了！花镇温泉也不错的！”小五郎点头，表示可以。小兰也大喜过望，“这样太好了！”由美苦笑，“千钧，看来我们还得在这里住一晚了。”千钧笑道，“怎么你不喜欢吗？我会好好疼你的……”由美红着脸啐了他一口。
尾声，伊达高志因收取回扣，杀害同行内海医生，被法庭判处6年徒刑，当然，他的行医执照也被吊销。毛利小五郎破获列车换乘案件，铁路警察局给以b级奖励。医生收取贿赂跟回扣的问题，在社会上引起很大反应，很多媒体报纸都批评了这种不道德违规的行为，医师学会也表示会加大这方面的查处力度，欢迎民众监督举报。