工藤新一是全国著名的高中生侦探，在一次追查黑衣人犯罪团伙时不幸被团伙成员发现，击晕后喂了神奇的药水，工藤新一变回了小孩！新一找到了经常帮助他的阿笠博士，博士为他度身打造不少间谍武器。为了防止犯罪团伙对他进行报复，新一决定隐姓埋名，暗中追查他们，希望能得到解药。一日，新一的女友毛利兰来到了阿笠博士的家寻找男友的下落，被小兰撞见的新一情急之下编造了自己名叫江户川柯南，随后柯南寄居在了小兰家。小兰的父亲毛利小五郎是一名私家侦探，新一可以籍着和他一起四出办案一起追查黑夜人的下落。柯南在小学认识步美等小学生，他们一起组织了一个少年侦探团，向罪犯宣战！

　　柯南、灰原及少年侦探队成员步美、光彦、元太随博士这日露营完毕，绕道参观西多摩市新建于富士山前的日本第一双塔摩天大楼，毛利小五郎恰也应双塔所有者、他的学妹常盘美绪之邀，携小兰、园子参加开幕典礼。美绪介绍下，他们认识以画富士山闻名的画师如月峰水、市议员大木岩松、双塔的设计者风间英彦（森谷帝二的弟子，第一弹《引爆摩天楼》中，森谷曾向新一挑战）、天才程序员原。期间灰原的举动异常。
　　大木提前入住B塔被害，目暮警官着手调查发现他与美绪似有不同寻常关系，不久原亦被杀害于家中。因为现场都留有与日本画画师作画时所用的乳钵相似的小酒杯碎片，两起案件似系一人所为。柯南由小酒杯联想到灰原曾效力的、以酒名为绰号的黑暗组织，并注意到第二起案件中碎片上未沾染血迹。与此同时他找到灰原举动异常的原因，却发现她正被人追踪。而园子玩笑弄的发式令她像极了雪莉（灰原）。
　　开幕酒会上，美绪向宾客展示如月最为宝贵的富士山画作时被杀，死相正如横亘在富士山正中的双塔的缩影图，她的身下也有一个小酒杯，不过却是完好的。地上一颗原本该呆在美绪脖子上的珍珠令柯南将目光转向如月。紧接，A楼美绪公司电脑档案所在的楼层及地下配电室发生爆炸。逃亡时刻，柯南注意到正有一支枪瞄准园子，心中给出了所有疑问的答案，但他及小兰等人最迫切需要解决的却是如何从火海逃脱。

　　故事发生在东京八丈岛近海，这里建成了一座连接了全球各地警方监控摄像的海洋设施“太平洋浮标”。在这座设施正式启动之前，为了与欧洲刑警组织管辖的范围联网，世界各国的IT工程师来到现场。而与此同时，一项应用了人脸识别系统的“新技术”的测试也在进行中……
　　另一方面，柯南和少年侦探团在园子的招待下来到八丈岛赏鲸。此时，柯南接到来自冲矢昂（赤井秀一）的电话，被告知欧洲刑警组织的成员在德国遭到琴酒的杀害。为调查真相，柯南偷偷混进了前往“太平洋浮标”进行警备工作的黑田兵卫等警视厅人员乘坐的警备艇中，进入设施内部。之后，在为系统启动而稳步展开准备工作的设施内，发生了案件——一名女性工程遭到黑衣组织的绑架，而她手中装有某些情报的U盘也落到了黑衣组织的手里。
　　海中传来令人毛骨悚然的螺旋桨声。而此时身在八丈岛的灰原哀身边，也正有黑影在悄悄靠近……

　　漆黑的夜晚，一名间谍悄然潜入日本警方某机构，盗走了记载着各国谍报机构重要数据的绝密文件的绝密数据。日本警方和FBI探员赤井秀一（池田秀一配音）旋即与间谍展开追逐。最后，逃亡者的车辆坠落悬崖。第二天，柯南（高山南配音）和伙伴们来到东都水族馆观光，结果发现一名受伤的美丽女子（天海佑希配音）。该女子处于失忆状态，身上的手机也破损无法使用。柯南等人答应要帮她恢复记忆，当他们七嘴八舌之际，藏在暗处的黑衣组织成员贝尔摩德（小山茉美配音）冷冷地注视着这一切。在相处过程中，女子非凡的身手和奇怪的言行举止让灰原哀（林原惠美配音）对其真实身份产生怀疑。
　　刚刚还一派祥和的水族馆，沉浸在快乐之中的人们，根本会想到随着那名神秘女子技艺的恢复，自己马上就要被卷入黑暗组织的杀戮和混乱之中……