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。　　为了找出隐藏的对手，柯南和灰原哀（林原惠美 配音）、阿笠博士（绪方贤一 配音）、服部平次（堀川亮 配音）以及远山和叶（宫村优子 配音）通力合作，与间谍展开连番斗智斗勇的较量…

由于阿笠博士家的浴室出了故障，江户川柯南（高山南 配音）随同小兰（山崎和佳奈 配音）、灰原哀（林原惠美 饰）一同去大众浴池洗澡。期间柯南不小心滑倒撞到头部，随后被两名神秘的陌生人带走。一番混乱后，天才诈欺师娜娜（深见梨加 配音）和神秘杀手近藤（香川照之 配音）将失去记忆的柯南带到某处隐蔽的别墅，并伪装成他的父母，而追踪近藤他们的阿笠博士和灰原则遭遇严重车祸。娜娜所属的某个犯罪团伙似乎打算利用制造一起炸弹恐怖袭击。与此同时，供职于某杂志的编辑水岛早苗（广末凉子 配音）怀疑丈夫近藤有外遇，而找到毛利小五郎调查丈夫的行踪。时间流逝，险恶的阴谋浮出水面……