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。

這天小五郎在賽馬之后來到小酒館巧遇了同樣賽馬的幾位同好。在屋外抽煙的小五郎遇到了來找他的小蘭和柯南，就在眾人回到小酒館時忽然發現酒館老板娘被刺身亡！在警方調查了酒館的幾位客人之時發現扇小姐為了挽救自己的舞蹈班向老板娘借錢的事實，而其他幾位客人也多少有把柄被老板娘抓住。柯南在勘察現場后發現了犯人的身份！

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。

小蘭和小五郎按照指示來到了車站，就在這時阿波羅發現了在車站里奇怪的男人并得到了接下來的線索U字。之后小蘭一行來到了接下來的提示的瓷器店而這時阿波羅和母親一起離開剩下小五郎和小蘭繼續尋找線索。第二天在警方的要求下小蘭眾人繼續破解沒有完全解開的暗號，而就在眾人解開暗號來到會場之后，柯南發現賽場上的米奈芭有些不對勁！

這兩人竟然是長野縣警官上原由衣和大和敢助，他們此次前來的目的是讓柯南和小五郎幫忙破解沾滿鮮血的赤壁之謎！于是一行人來到案發的希望之館，這里曾經住著六個很有才華的年輕人，自從三年前一名女性小葵心臟病發去世之后，她的丈夫明石周作就獨自一人留在館內生活，可是他卻被人鎖在館內的屋中活活餓死，如今能看到的只有他留下的奇特死亡訊息，這時，大和警官的死對頭諸伏高明警官也來到館內進行調查。