episodio dal 19 al 26:

Dall'arrivo di Ai si ha il vero grande inizio della storia di Detective Conan, in quanto essendo la ragazza un ex-membro dell'Organizzazione, può aiutare Conan alla ricerca di un antidoto. Subito dopo la sua presentazione, veniamo a conoscenza che anche lei è stata rimpicciolita tramite l'APTX4869 e, prima di ingerirlo, Shiho aveva 18 anni.
Questa parte però non è interamente focalizzata sulla ricerca dell'Organizzazione, in quanto nei vari capitoli vengono introdotti nuovi personaggi, importanti nelle varie sottotrame di Detective Conan, quali l'agente Miwako Sato, oppure ci si focalizza sui rapporti tra i vari personaggi, soprattutto tra i Giovani Detective, in quanto l'arrivo di Ai Haibara nel loro gruppo provoca diverse reazioni a seconda dei personaggi: nonostante la notevole differenza tra Haibara e i ragazzi, si instaurano diversi rapporti, come l'importante rapporto di amicizia tra Ayumi ed Ai che con il progredire della storia diventerà fondamentale.
Molto importante poi sarà un caso che si svolgerà su un aereo, in cui vediamo tramite un flashback il primo caso risolto da Shinichi Kudo, durante il viaggio che portava lui e la sua amica Ran a New York.
Vediamo perciò il ritorno degli uomini in nero, in quanto Ai e Conan scoprono la Porsche 356A di Gin parcheggiata in una strada mentre i due uscivano da scuola: grazie a questa opportunità, Conan riesce ad installare delle cimici all'interno dell'automobile per sentire i dialoghi dei due membri dell'organizzazione. Per sua sfortuna però Gin si accorge molto facilmente di essere ascoltato, trovando e distruggendo la cimice, non prima però di aver dato a Conan ed Ai un dettaglio molto importante: quella serà in un hotel ci sarà un omicidio. Tutto questo però era parte del piano di Gin, in quanto aveva riconosciuto che uno dei capelli nella sua macchina apparteneva a Sherry, alias l'attuale Ai Haibara; Gin è quindi sicuro di poterla incontrare di nuovo, così da poterle dare il colpo finale che la ucciderà. Arrivata sera, Conan e successivamente Ai decidono di entrare nell'hotel con la speranza di evitare l'omicidio e di scoprire altro riguardo gli uomini in nero: sfortunatamente però l'omicidio avviene come da programma, mentre Ai viene misteriosamente rapita durante la confusione creata dalla morte appena avvenuta. Fortunatamente però Ai aveva indosso gli occhiali di Conan, perciò fu in grado di comunicare con lui e con il dottor Agasa fuori dall'hotel; si viene a sapere così che lei è stata rinchiusa in una sala piena di liquori e con un pc dell'organizzazione: sotto consiglio di Conan perciò decide di salvare più dati possibili da quel pc e di bere il Paikal che già in precedenza aveva dimostrato di fare da antidoto momentaneo all'APTX. Bevuto e tornata momentaneamente grande , riesce ad uscire dalla stanza attraverso il camino, fino a quando però le arriva un proiettile sulla spalla sparato da Gin: fortunatamente riesce a entrare nella stanza sfuggendo a morte certa, anche grazie all'aiuto di Conan arrivato tempestivamente, il quale però non riesce ad addormentare lo stesso Gin nonostante l'uso dell'ago soporifero. Ritornati in stanza per Ai non sono finiti i problemi: le si para davanti un vecchio conoscente della famiglia Miyano, chiamanto nell'organizzazione Pisco, che scoperto il segreto di Ai cerca di ucciderla; per fortuna Conan riesce anche qui a salvare la ragazza da morte certa, riuscendo a scappare prima dell'arrivo di Gin nella stanza, che decide di uccidere Pisco a causa del fallimento dell'omicidio in quell'hotel. A fine caso infine farà la sua apparizione un nuovo membro dell'organizzazione, uno dei più importanti, chiamato Vermouth, e conosciuta al mondo col nome di Chris Vineyard. Nel caso successivo farà inoltre la comparsa un importante personaggio, Tomoaki Araide, medico della scuola Teitan, che verrà per questo a contatto varie volte con Ran e la sua amica Sonoko.
Il volume successivo a questo caso vedrà un nuovo sconvolgimento da parte della trama: durante un festival della scuola, si avrà il ritorno di Conan in Shinichi, grazie ad i floppy salvati dal pc nel caso precedente. Il suo ritorno sarà molto utile a togliere da Ran i dubbi della doppia personalità Conan/Shinichi, grazie all'aiuto di Ai, che decide di impersonare Conan per tutta la durata dell'antidoto. A parte ciò però questo caso sarà fondamentale anche per la trama futura, in quanto Shinichi si rivelerà durante il festival, quindi davanti agli occhi di moltissime persone, compreso anche il dottor Araide.