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。

這天柯南陪同小蘭和園子來練瑜伽減肥，這時他們碰到來參加減肥班的出川，而出川厚子故意的刁難的態度迫使教練里月跪下息事寧人。而在晚上的訓練厚子也早退走掉，獨自回到屋里。訓練之后保子因為敲不開出川的門而來找里月，但開門之后出現的確實中毒身亡的出川！在勘察現場之后肯納發現了犯人的犯罪手法，犯人也承認了因為報仇而殺人的事實。

前往海邊釣魚的柯南等人，在和代替阿笠博士來迎接他們的沖矢昴一起回去的路上，順道去了有著神奇傳說的一角巖參觀，在這里大伙兒看到巖石上面刻著“青魚、鯉魚、鯛魚和比目魚”四種魚名并且還發現了一名身穿潛水服的女性遺體，雖然狀似意外脫水而亡但這卻瞞不過柯南的眼睛，根據口紅和調節器他推斷出這是一起殺人事件。

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。