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！

這天作為地區體驗采訪的嘉賓，小蘭和柯南來到了岡山。在參觀美術館的時候遇到失去記憶的奇怪女人，而在經過檢查后發現身上還有扭打的痕跡。而趕來小五郎接受了調查她過去的委托。通過她畫的畫小蘭她們開始尋找她的記憶，而就在這時柯南發現她們被跟蹤了。在來到野崎家的大宅之時出現了認識她的人而她的名字是吉瀨萬由美，找回名字的萬由美卻突然逃走了！

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。

小五郎受到一個名叫立李三可的委托，帶著柯南和小蘭一起來到群馬縣調查真相，途中他們遇見了德備六朗和荒巖，并從他們口中得知了11年前有一個名叫辰彥的孩子在旅館附近的河中溺斃而亡的事件，這與信中所提及的殺人案有何聯系？辰彥父親同時也是約見地點光羅旅館的老板沼山伴藏也讓人覺得很怪異，次日清晨，滿身都是刺鼻氣味液體的伴藏死在了旅館的頂樓房間，難道是小蘭昨晚在河邊看到的河童下的毒手嗎？

從昏迷中醒來的陽菜趁父母爭吵之際悄悄溜出醫院，按照歹徒的指示去拿彩虹之子，而這一切都在柯南的預計范圍內，他讓服部暗中進行追蹤，期間，小蘭用她撿到的步美的徽章聯系上了少年偵探團并暗示她所在的地點，雖然歹徒發現了服部等人，但柯南還是找到了陽菜和歹徒要去的地方，見勢不妙想要逃跑的歹徒被得到救援的小蘭一招制服，然而，幕后的指使者卻另有其人。