小五郎受東山先生之邀來到獵戶座企劃公司，沒想到在這里打電話聯系東山先生的時候，竟然看到窗外有人墜樓而亡，警方立刻介入調查，死者名叫高幡，同是這家公司的職員，而當時在公司的只有東山和另一名職員砂川七惠，但東山卻有充分的不在場證明。之后，隨警方來到高幡辦公室的柯南在這里發現了一些關鍵線索，即使案件多么錯綜復雜但真相只有一個！

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。

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。

警察并沒有在三個嫌疑人的家中發現有同款紐扣的衣服，而且在三天的酉日集市期間，他們都有無法連續犯案的證明，這時有消息說被害人益子蘇醒，然而他卻表示自己完全不記得在昏倒前所留下的線索。因為掌握不到確實的證據，警察只好讓嫌疑人先行離開，柯南推理遭遇瓶頸，這時，小蘭、園子和小五郎的談話給了他啟示，兇手就是那個人！

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？