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。

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。

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？

大和警官和柯南等人立刻找到剩下的三個嫌疑人展開詢問，可是每個人都有不在案發現場的證明，與此同時，只身一人在公館思考赤壁之謎的高明遭到了兇手的襲擊，在失去意識之前他向大和傳了一條“孔明之死”的訊息，當柯南他們趕到公館后這里已是熊熊大火，所幸上原由衣及時將高明救出，把他送到醫院的時候，小蘭對醫生們不同顏色的衣服表示好奇，而這個問題正好給了柯南和大和提示，讓他們破解了赤壁之謎！

柯南和小蘭在東都環狀線列車上遇見了一位見義勇為的老人，然而，沒想到當他們再次見面時卻是在殺人現場，死者是詐騙集團的通緝犯，而這位名叫法月的老人正是此案的目擊證人，他說自己曾看到同是詐騙犯的桐谷出沒案發現場，但桐谷卻大喊冤屈，期間，柯南察覺到老先生法月的證詞有疑點，深入調查后，真相果然如他料想一般。