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。

園子的網球教練后藤貴雄即將參加比賽，為了給他加油打氣，園子和小蘭來到了北輕井沢，柯南去廁所的時候，發現后藤與兩名女生糾纏不清。沒想到他在和園子進行男女混合雙打時突然昏倒在球場上，警方介入調查并初步斷定后藤被人下了毒，由于鑒識人員在園子手套上檢測出毒物反應，所以山村警官認定園子就是兇手，為幫園子洗清冤屈，柯南又會有何行動？

柯南等人在來自英國的戴安娜女士的邀請下一起前往倫敦旅行，為了通過關卡，柯南利用灰原的藥暫時恢復工藤新一的身份。到達英國后，柯南興奮的來到福爾摩斯博物館參觀，期間遇到了著名網球選手格拉斯的弟弟阿波羅，柯南以福爾摩斯徒弟的身份從他的口中得知有一名可疑男子給了他一張奇怪的字條，并告訴他將有人死在他的面前，這個男子的目的是什么？字條的內容又有何含義？

看過澤南留下的死亡訊息后，柯南知道了兇手的真面目，但是在揭發真相之前必須要破解這兩個密室殺人的手法，于是，他獨自來到比良坂的死亡現場進行調查，并在這個房間內的花瓶上發現了海報碎片，這條關鍵的線索讓他恍然大悟，原來兇手制造密室所利用的工具竟是海報，為了說明真相，他拜托高木和千葉警官場景重現，當然，兇手就是那個人！

警察并沒有在三個嫌疑人的家中發現有同款紐扣的衣服，而且在三天的酉日集市期間，他們都有無法連續犯案的證明，這時有消息說被害人益子蘇醒，然而他卻表示自己完全不記得在昏倒前所留下的線索。因為掌握不到確實的證據，警察只好讓嫌疑人先行離開，柯南推理遭遇瓶頸，這時，小蘭、園子和小五郎的談話給了他啟示，兇手就是那個人！