高中生侦探工藤新一与毛利兰在游乐园游玩时发现两个行动诡异的黑衣男子，便跟踪他们，不料被灌下一种叫「APTX4869」的神秘毒药，然而因为药物副作用，新一的身体竟回到孩童状态。为不使周围的人受到牵连，他化名为「江户川柯南」，寄住在毛利兰家中，用阿笠博士发明的手表型麻醉枪让毛利小五郎睡着，接着用蝴蝶结变声器模仿他的声音来进行推理，解决了许多案件，并一直寻找着黑衣组织的人的下落，希望有朝一日将其绳之以法，并变回原来的样子。

阳光明媚的一天，柯南（高山南 配音）、小兰（山崎和佳奈 配音）以及少年侦探团的伙伴们随同毛利小五郎（小山力也 配音）来到大阪，参加在当地举行的“高中生皋月杯”百人一首和歌大赛。期间，他们还见到了彼此的好友服部平次（堀川亮 配音）和远山和叶（宫村优子 配音）。就在比赛进行中途，一封爆炸预告信送到电视台，警方迅速行动起来组织疏散。疏散一半时，爆炸突然发生，结果平次与和叶被困在建筑物中。而在一连串的混乱过后，一位皋月杯相关人员的尸体突然出现在众人面前。迷离的案情再度引起柯南的注意……
本片根据青山刚昌的超人气漫画改编，系“名侦探柯南系列”第21部电影版。