服部把和葉的護身符錯交給了國末照明，為了要回裝有服部照片的護身符，二人到東京。他們找到國末的朋友并隨他來到一家運動咖啡館，不想國末卻在廁所里被人毆打昏迷不醒。于是，柯南、服部和高木警官一起展開調查，他們把嫌疑人的范圍縮小到三個人，并推斷國末白天觀看的比賽和這起事件有密切關系，可是他看的到底是什么比賽？這三個嫌疑人的證詞中又隱藏著什么線索？

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。

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。

比賽中的米奈芭的狀態不佳，柯南發現她丟在地上的護腕從而發現犯人利用護腕告訴米奈芭自己已經鎖定她的事情。柯南用阿波羅的票進入會場尋找犯人，但面對易容高手的罪犯，柯南縝密的分析了米奈芭的擊球之后發現了犯人的真正目標不是米奈芭而是她的母親！而阿波羅則告訴了柯南米奈芭如何每次在球場上準確找到母親的方法。

意外的是門把上留下的指紋竟然是諸伏高明警官的部下，為找尋更多線索，大和刻意讓柯南跟著高明警官去曾經住在別館里的翠川尚樹、山吹紹二、百瀨卓人和直木司郎家進行詢問，高明警官謊稱在門把上檢驗出他們的指紋來觀察他們的反應，不所料直木司郎聽說了這件事之后神色緊張，就在大家以為他是兇手，準備進一步進行調查時，直木司郎被人殺死，而他家里的其中一面墻壁被涂成了紅色。