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。

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？

小五郎和警察立刻對與死者有關的人士展開偵訊，雖然三個嫌疑犯都很有犯案的動機，可是卻苦于找不到證據而且殺人手法也難以破解，當晚，柯南發現了小五郎早早就準備好放在枕頭底下的禮物，并且還從他的夢話得到了啟示。為了給小五郎在這個特殊的日子提供表現的機會，柯南暗中提醒，所幸小五郎一點就通知道了兇及其犯案的手法。案件結束后，小五郎深情款款拿出禮物，可是這個迷糊的偵探卻記錯了日子。

在參加大學校慶的柯南和小蘭等人遇到了殺人事件，就在警官要判定為自殺事件的時候，在柯南的引導下警方判斷此次為他殺事件。而安菜在小蘭她們進來之前已經死亡，但此時如何讓桌子擺動的事情成為了破案的關鍵，而表演時站在安菜周圍的三人成了重點懷疑對象。經過對現場的調查柯南很快發現了犯人的犯罪手法和犯人的身份，在確鑿的證據面前犯人最終承認了罪行，并說出了殺死安菜的理由。

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。