白鳥警官記憶中的少女小林老師在煙火大會的夜晚目擊了一場謀殺案件，作為證人的她向白鳥警官提供了三條線索即兇手和死者爭執的聲音、疑似搬家公司的貨車以及兇手的背影，在警局接受偵訊的期間，小林老師無意中得知白鳥警官曾追求過和自己很像的佐藤警官，這個消息沉重打擊了小林老師，難道自己只是佐藤警官的替身？抱有這樣想法的她該如何面對白鳥警官。

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。

在鈴木財團的支持下龍馬展的保全措施做的非常好，而柯南在廁所思考之前遺失的龍馬遺物的時候基德忽然出現！柯南追著基德來到展館內部的時候發現園子的袖子上粘到了奇怪奇怪的東西，而柯南也發現了基德所謂下雨的真實含義。基德按照約定來到了展館內而樽見利用假的被盜信息來出售贗品的事實也最終曝光。

阿笠博士帶少年偵探團來到一家位于箱根的溫泉旅館，那里正好在進行《血殷殺手》系列最新作品的拍攝，因此，大家結識了劇作家鐵山巖治、女主角名取深汐、經紀人丹沢純作以及男主角寺堂云平。次日，元太他們一起去湖上露天溫泉的時候，卻在女湯發現了鐵山巖治的尸體，從現場來看兇手應該是在發案之后趁機混入了騷動之中，調查之后，警方將嫌疑鎖定在深汐、丹沢、寺堂三人中。