死神硫克把一本“死亡笔记”遗落人间，被天才少年夜神月（藤原龙也 饰）拾到，月利用“死亡笔记”制裁了许多法律的正义无法制裁的犯人，他自称以“KILLER =基拉”为名的“救世主”，利用自己的双手制裁犯罪者，构筑理想中的世界；一连串杀人事件引起了ICPO（国际刑警组织）的注意，派出了天才侦探L（松山健一 饰）进行调查，步步逼近，和月斗智斗勇……两个自认代表正义的天才的对决。

日本著名造船公司八代商船设计制造了旗下第一艘豪华邮轮爱芙罗黛谛号，为庆祝该邮轮的处女航，八代商船邀请各界名流参加，上到首相下到富豪悉数前来。铃木园子的父母也接到邀请，因行程安排铃木夫妇无法出席，园子于是邀请、毛利小五郎、小兰、柯南等一众好友同行。蓝天白云，美酒佳肴，众人无不陶醉于这美好的假期之中。
但是，这注定是一次不寻常的航行。先是园子突然遭人绑架，接着八代商船的女社长贵江被人杀害，与此同时董事长八代延太郎也从船上神秘失踪。此前不久，贵江的丈夫八代英人驾车时突发心脏病冲下山崖。这一连串死亡、失踪案件似乎都与15年前八代商船的沉船事故有关。在层层推理调查之下，隐藏的秘密渐渐浮出水面……

知名舞台剧女演员牧树里这日收到怪盗基德的预告信：在26个字母的盘旋飞舞中，他来拜领无价的“命运的宝石”。毛利小五郎受到牧树里委托将信件分析，认为基德将在演出最后一晚前来盗取宝石，当晚他及柯南、小兰等人来到剧场，那里早有诸多警察守候。
令柯南吃惊的是，基德竟扮成工藤新一出现在众人面前，但他及众人方向不同的紧张过后，宝石并没被盗，柯南醒悟字母预告信与航班相关。而柯南、小兰、牧树里及其同事搭乘的前往北海道的飞机上，尚有一起杀人计划正被精心设计。

一天毛利小五郎收到一张请帖，里面是谜样男子的委托，需要前往横滨的一个游乐场。小五郎和柯南一行人快乐地到达欢乐的游乐场，还带上了可以出入无阻且代表 VIP 的手表，不料正中那名神秘男子的圈套。所有带上手表的人不得离开游乐场，否则便会发生爆炸。从现在开始到晚上十点，柯南和小五郎如果不能解开谜题，兰和少年侦探团也会随着游乐园粉身碎骨。然而更意想不到的是，那名男子居然直接称呼柯南为工藤新一。

柯南在街头目睹一名正打电话的警察在雨中被射杀，忙将凶手追踪，但凶手逃脱。死者闭眼一刻紧抓左胸，似乎有所暗示。事后柯南从目暮警官口中了解到紧抓左胸是暗示那里有警察手册。不久又有警察手拿警察手册被人射杀于地下车库。对于这两起案件，目暮警官等人一反常态不愿向毛利小五郎及柯南透露太多信息。毛利不甘心进一步追问，白鸟警官只答一句“Need not to know”。该话是警察之间所用的密语，意味这两起杀人事件与警察内部人士有关。
柯南、小兰等人参加白鸟妹妹的婚宴，电突然间停掉，那刻小兰正与女警佐藤在洗手间。小兰拿起身边的手电筒欲照明时，一颗子弹射进佐藤身体，小兰吓昏过去。次日小兰醒来，却因怪责自己害佐藤挨枪失去记忆。目暮见事态越来越严重，将秘密说出，原来死去的两名警察正与佐藤一起重查一桩有关医生仁野自杀的案件，该案涉及到警察局长的公子。将局长公子假定为嫌疑人之一时，柯南亦想到佐藤被射杀后宴会上少掉的两个人。

东京、大阪、京都相继发生杀人事件，5名死者皆是被头戴面具的黑影人用武士刀和弓箭瞬间杀害。警方介入调查，发现死者都是出没于3地专门偷窃有名的佛像及美术品的偷盗集团“源氏萤”成员。该集团共有成员8名，以义经的家臣名字互相称呼，且都持有一本《义经记》，被害5人手中的《义经记》均被拿走。
这日京都古寺山能寺收到奇怪书信，说若能解开信中所附的画谜，便能找到8年前被窃的如来佛像。柯南、小兰随毛利小五郎来到该寺，均对画谜一筹莫展。5名被杀者之一曾对与新一不相上下的大阪高中生服部平次照料有加，服部也来到京都对案件秘密展开调查，并借机找寻自己的初恋情人。柯南与服部相遇联手调查时，发现有人想置服部于死地，紧接“源氏萤”另一成员被害，而这一切，似乎又都与画谜有关。

柯南、灰原及少年侦探队成员步美、光彦、元太随博士这日露营完毕，绕道参观西多摩市新建于富士山前的日本第一双塔摩天大楼，毛利小五郎恰也应双塔所有者、他的学妹常盘美绪之邀，携小兰、园子参加开幕典礼。美绪介绍下，他们认识以画富士山闻名的画师如月峰水、市议员大木岩松、双塔的设计者风间英彦（森谷帝二的弟子，第一弹《引爆摩天楼》中，森谷曾向新一挑战）、天才程序员原。期间灰原的举动异常。
大木提前入住B塔被害，目暮警官着手调查发现他与美绪似有不同寻常关系，不久原亦被杀害于家中。因为现场都留有与日本画画师作画时所用的乳钵相似的小酒杯碎片，两起案件似系一人所为。柯南由小酒杯联想到灰原曾效力的、以酒名为绰号的黑暗组织，并注意到第二起案件中碎片上未沾染血迹。与此同时他找到灰原举动异常的原因，却发现她正被人追踪。而园子玩笑弄的发式令她像极了雪莉（灰原）。
开幕酒会上，美绪向宾客展示如月最为宝贵的富士山画作时被杀，死相正如横亘在富士山正中的双塔的缩影图，她的身下也有一个小酒杯，不过却是完好的。地上一颗原本该呆在美绪脖子上的珍珠令柯南将目光转向如月。紧接，A楼美绪公司电脑档案所在的楼层及地下配电室发生爆炸。逃亡时刻，柯南注意到正有一支枪瞄准园子，心中给出了所有疑问的答案，但他及小兰等人最迫切需要解决的却是如何从火海逃脱。

这日柯南、小兰一行人来到米花市市政大厅，一场有关最新游戏“茧”的发布会正在这里召开。由于迥异于以往任何一款游戏的“茧”可能一举改变全球游戏业界的价值观，发布会吸引了代表日本上流社会的政治、财经、演艺界人士，50名游戏体验者也多是他们的后代，新一的父亲、推理小说大师工藤优作由于参与故事编写，也来到现场。这边热热闹闹，游戏的研发者兼负责人坚村却被杀于地下室。坚村死前留在键盘J、T、R上的血迹令柯南想到答案可能在游戏中，他利用优作的关系加入了体验者队伍，小兰、灰原哀等人也拿到了体验入场券。
50名体验者刚分别进入一个外型酷似蚕茧的“大型胶囊”，游戏即被自称“诺亚方舟”的人工智能控制，“诺亚方舟”称游戏将提供5个完全真实的历史场景，体验者可选择其中之一进入，被淘汰会进入休眠状态，若最后无人走到终点，他们的大脑组织皆会被摧毁，此举是为令日本社会重生。柯南一行及几个骄横无礼的上流社会公子哥进入的是19世纪伦敦的贝克街，那里杀人犯开膛手杰克正在兴风作浪，他身上正有柯南要找的答案！而优作也在现实中正对案件展开调查。

知名建筑设计师森谷帝二这日邀请新一参加在他府上举办的茶会，柯南只得电话拜托小兰。柯南、小兰及毛利小五郎三人未入森府，已被绝对对称的宏伟建筑吸引。衣香鬓影的茶会上，森谷帝二令人诧异地大声攻击年轻设计师，讲建筑的美学准则要被他们破坏殆尽。柯南在规定时间内将他出给众宾客的难题破解，被获准和小兰一起参观陈有他设计图的展览馆，交谈中，他感慨30多岁初成名时的作品不够对称称不上完美，并从小兰口中打探到她要与新一在米花大楼约会为新一庆生的诸多细节。
不久，柯南连接数通向新一挑战的电话，对方均告知他已在某地放置会在某时爆炸的炸弹，柯南将危机一一化解后，开始与警方、毛利一起分析到底是何人所为。电视报道其中最为轰动的爆炸案时，柯南由画面联想到所有炸弹放置的地点附近均有森谷帝二自认不完美的作品，心中一惊。众人拜访森谷帝二时，柯南暗中将他的宅邸查看，找出凶犯正是他的证据，原来他是狂热的完美主义者，想亲手毁掉年轻时因妥协设计出的不绝对对称作品，并借机报复没令他的宏伟设计夙愿在西多摩市达成的新一。被抓一刻，森谷帝二的冷笑令柯南醒悟：米花大楼亦是他不完美的作品，小兰正在那里等新一赴约。

小兰的朋友原子家铃木财团准备展出他们家珍藏的沙皇尼古拉二世家的宝物——回忆之卵，回忆之卵里收藏了沙皇尼古拉二世一家的珍贵照片，由此特别珍贵。岂料在展出之前，却收到了怪盗基德的通知函，上面用迷语的方式列明他盗宝的时间。原子找到小兰的爸爸名侦探毛利小五郎帮忙，当然，真正的幕后高手柯南也会和小兰一起前来。柯南遇到了同为侦探的服部平次，两人决定一起联手解开怪盗基德之谜！

柯南和小五郎等拉着大队，来到位于太平洋中的美丽小岛“神海岛”渡假。这座岛屿自古已有流传，大概有关沉没于海底的古代遗迹“海底宫殿”，及300年前两名女海盗遗留下来的宝藏传说。小兰和园子不惧流传，在“海底宫殿”附近潜水时，意外遇到一大群正在寻找宝物的猎人，不料其中一人突然遭鲨鱼攻击，不幸身亡！小兰和园子幸运逃难，柯南见那位猎人死状诡异，与灰原一起展开调查。
柯南认为猎人之死，跟宝藏传说有着莫大关系，他试图解开背后原因，“海底宫殿”的谜题一直系绕在他的脑海中。他找到了一组神秘名词“Jolly Roger(海盗旗)”后，满以为有所起色，猎人却突然现身，并偷走了原来发现的宝藏！小兰和园子落在猎人的魔掌之中，性命危在旦夕！隐藏于传说中的讯息是什么？“海底宫殿”有什么秘密？穿越300年时光的暗号，柯南誓要逐步解开迷题