為了讓扭傷腳的柯南療養腳傷，大伙兒一起來到城崎溫泉，然而，小蘭卻突然失蹤，柯南從光彥他們所拍的照片上看到小蘭和一個小女孩在一起，同時照片上還出現了一個行蹤可疑的男人。這時，柯南他們遇到了服部，他受人委托前來找一個叫陽菜的女孩，而她正是和小蘭在一起的那個孩子。據陽菜的父親周平所說，在陽菜失蹤的同時他美術館里的展品彩虹之子也不翼而飛。就在大家四處進行尋找時，陽菜和小蘭遇到了危險。

為了陪光彥把壓歲錢存進賬戶，柯南、步美和灰原等人一起來到帝都銀行，可元太因為吃太多胃痛了起來，就在博士和灰原外出買藥期間，一波帶著面具的搶匪突然闖進銀行，前來取錢的茱蒂老師以及一名貌似赤井秀一的人也成為了他們的人質，雖然茱蒂用美人計在廁所獨立擊倒一名搶匪，卻不幸被同伙發現，事已至此，少年偵探團成為了將徒制服的唯一希望！

來到倫敦的柯南不小心以新一的身份向小蘭暴露在倫敦的事實，而此時柯南喝下了回國用的解毒劑暫時以新一的身份出現！在繼續調查的過程中小蘭從以前新一說過的話中得到啟發發現了人偶的秘密。而之后通過與新一電話中發現了更多的線索。這時小蘭和小五郎碰到了米奈芭小姐，在米奈芭和弟弟阿波羅的協助下小蘭留在教堂的紙片，而上面寫著的就是接下來的線索。

灰原要求查看電視臺在黑暗中拍攝的影像，然而除了電流被切斷的聲音和風聲并沒發現有任何異樣，就在案件找不到頭緒時，大人們便開始互相懷疑，這時，柯南蘇醒過來，但是他讓元太他們對此事暫時保密，根據基德在臺座上貼的卡片，柯南知道了右衛門刻在柱子上的話以及基德的真身，他讓少年偵探團戳穿他的身份，這一次基德能否成功脫身？

少年偵探團與白鳥警官在電影院偶遇，期間，他回想起了自己想要成為警官的理由，這時，一名叫笠倉那海的小姐與大家相識，并且她與白鳥警官曾經相識過女孩一樣，會用吸管包裝紙做成的花帶裝飾樂杯，難道她就是白鳥回憶中的少女？在聽說那海被跟蹤狂騷擾之后 ，大家一起前往她現居住的公寓 卻在發現她的男友橫尸家中，這是跟蹤狂犯下的命案嗎？還是這根本就是那海的自導自演？