故事发生在东京八丈岛近海，这里建成了一座连接了全球各地警方监控摄像的海洋设施“太平洋浮标”。在这座设施正式启动之前，为了与欧洲刑警组织管辖的范围联网，世界各国的IT工程师来到现场。而与此同时，一项应用了人脸识别系统的“新技术”的测试也在进行中……

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工藤新一是全国著名的高中生侦探，在一次追查黑衣人犯罪团伙时不幸被团伙成员发现，击晕后喂了神奇的药水，工藤新一变回了小孩！新一找到了经常帮助他的阿笠博士，博士为他度身打造不少间谍武器。为了防止犯罪团伙对他进行报复，新一决定隐姓埋名，暗中追查他们，希望能得到解药。一日，新一 的女友毛利兰来到了阿笠博士的家寻找男友的下落，被小兰撞见的新一情急之下编造了自己名叫江户川柯南，随后柯南寄居在了小兰家。小兰的父亲毛利小五郎是一名私家侦探，新一可以籍着和他一起四出办案一起追查黑夜人的下落。柯南在小学认识步美等小学生，他们一起组织了一个少年侦探团，向罪犯宣战！

在美国曼哈顿举行的艺术品拍卖会上，一度被认为毁于二战空袭的梵高亲笔临摹向日葵系列2号画作惊艳登场。财大气粗的铃木财团顾问的铃木次郎吉（富田耕生 配音）一骑绝尘，以三亿美元天价将其收入囊中。在之后的记者招待会上，铃木宣布将联系分散在世界各地收藏家手中的向日葵画作集结在日本，举行一次梦幻展览。为此，他聘请毛利小五郎（小山力也 配音）、展览企划负责人圭子•安德森（榊原良子 配音）、画作鉴定师宫台夏美（荣仓奈奈 配音）等七位专家组成“七武士”团队为展览保驾护航。谁知怪盗基德（山口胜平 配音）从一开始便锁定该画作，他不仅大闹会场，还为了抢夺画作而险些炸毁运送专机。 随着画展日期的临近，柯南（高山南 配音）与伙伴们必须尽快越过一座座难以想象的险峰……

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。

晴朗时节，江户川柯南（高山南 配音）和毛利小五郎（小山力也 配音）、小兰（山崎和佳奈 配音）以及少年侦探团的伙伴们一同来到京都，他们即将登上自卫队的宙斯盾战舰，体验一把出海作战的感觉，期间还结识了美丽又有着几分神秘的女自卫队员藤井七海（柴咲幸 配音）。谁知快乐的氛围很快被恐慌所替代，战舰上突然发现一条断掉的手臂，消失的自卫队员又引起军方的恐慌与猜测。原来某国神秘间谍X已悄悄登上宙斯盾，伺机盗取战舰上的绝密情报。

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。

工藤新一是全国著名的高中生侦探，在一次追查黑衣人犯罪团伙时不幸被团伙成员发现，击晕后喂了神奇的药水，工藤新一变回了小孩！新一找到了经常帮助他的阿笠博士，博士为他度身打造不少间谍武器。为了防止犯罪团伙对他进行报复，新一决定隐姓埋名，暗中追查他们，希望能得到解药。一日，新一 的女友毛利兰来到了阿笠博士的家寻找男友的下落，被小兰撞见的新一情急之下编造了自己名叫江户川柯南，随后柯南寄居在了小兰家。小兰的父亲毛利小五郎是一名私家侦探，新一可以籍着和他一起四出办案一起追查黑夜人的下落。柯南在小学认识步美等小学生，他们一起组织了一个少年侦探团，向罪犯宣战！

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。

“名侦探柯南系列”第23部动画剧场版，票房和口碑也屡破纪录。作为平成年代最后一部柯南电影，首次将案件发生地设立在海外，基德时隔四年后再度回归，与柯南合体展开行动。

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。

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。