为了寻找失踪的门肋沙织的线索，也出于侦探的本能，服部平次和柯南（拖上不情不愿的毛利小五郎）决定去岛上人迹罕至的地方探查。在岛袋君惠提到的一个据说与人鱼传说有关的偏僻瀑布附近，他们有了惊人的发现。
绕过轰鸣的水帘，在瀑布后方一个隐蔽的凹陷处，一具穿着现代服饰的女性尸体，赫然被用绳索悬挂在湿滑的岩壁上！死者正是失踪的门肋沙织！她的表情扭曲，充满了临死前的恐惧，脖子上有明显的勒痕。死亡时间推断就在他们登岛前的白天！
“可恶！”服部平次一拳砸在旁边的岩石上，脸色铁青。光天化日之下，就在他们登岛时，凶手竟然还在行凶！
“立刻报警！”毛利小五郎也收起了散漫，严肃道。柯南则蹲下身，仔细观察着绳索的打结方式、尸体悬挂的位置、以及周围岩壁上的痕迹，小脸紧绷。
岛上的警察（隶属于县警）很快赶到，初步勘查后确认是他杀。气氛瞬间变得更加凝重。在警方的安排下，众人得以面见新一任“长寿婆”。昏暗的神社内堂，一位身形佝偻、脸上布满皱纹、声音沙哑的老妇人坐在神龛前。她自称已活了130岁，是长生力量的守护者。她递给每人一个写着数字的木牌（儒艮庆典的号码牌），并发出低沉模糊的预言。
然而，柯南和平次交换了一个心照不宣的眼神。这位“长寿婆”的表演在两位观察力顶尖的高中生侦探面前，破绽太多了！尤其是她递木牌时，手部的皮肤状态和动作细节，与她的“年龄”完全不符！
“是伪装！”离开神社后，服部平次斩钉截铁地对柯南说，“那个‘长寿婆’绝对是年轻人假扮的！而且极有可能就是岛袋君惠小姐本人！”
“嗯。”柯南点头，“她的声音是刻意压低的沙哑，步伐虽然伪装成蹒跚，但重心不稳，更像是故意为之。最重要的是，她手指关节的皮肤和指甲状态，绝不是百岁老人该有的。她在隐瞒什么？和她母亲的死有关？还是和门肋沙织的死有关？”
两人立刻展开秘密调查。服部平次利用关西名侦探的身份和热情的性格，与岛上居民（尤其是老人）攀谈，套取关于岛袋家、君惠、前任长寿婆（君惠外婆）、君惠母亲以及失踪的门肋沙织等人的信息。柯南则发挥他小孩子的优势，在神社内外、庆典场地、甚至发现尸体的瀑布附近进行更细致的勘察，寻找可能的物证（如特殊的纤维、残留的脚印、被丢弃的物品等）。
在一位老渔民隐晦的提示下，服部平次得知在岛的另一端悬崖边，有一块刻着古老文字的石碑，据说记载着人鱼岛真正的秘密。他立刻叫上和叶一同前往探查，希望能找到关键线索。
悬崖边风很大，海浪拍打着礁石，发出巨大的轰鸣。在一块风化严重的石碑前，服部平次仔细辨认着模糊的字迹。和叶在一旁有些害怕地看着陡峭的悬崖。