某个黑夜，一名间谍潜入日本警察机关企图盗取一份机密文件，这份文件内容中含有英国“MI6”、德国“BDN”、美国“CIA”，甚至还有“FBI”等各国谍报机构的相关人员名单。千钧一发之际，安室透率领的日本公安赶到，间谍夺车逃跑，高速公路大桥上上演激烈追逐战，其他的车辆也被卷入其中，眼看要酿成惨重事故的瞬间，间谍的车被FBI赤井秀一用来复枪射中，从大桥坠入海中。 第二天，柯南等人来到东都水族馆游玩，他们在巨大摩天轮底下，发现了一位独自一人又负伤的漂亮女子，仔细一看她的两只眼睛的瞳孔颜色不一样，也就是俗称的“阴阳眼”。可是，这位女子已经是连自己名字都不记得的失忆状态，带的手机也已经损坏。为了帮助她找回记忆，柯南等人约好了和她同行。没想到，这一切都被贝尔摩德暗中监视着……

位于东京的东都线地铁开通当日，一起针对东京都知事朝仓优一郎的炸弹袭击事件爆发，导致东都线列车损毁。经过一番推理，柯南等人认定这与8年前朝仓主持负责的北之泽水坝的修建有关。当年为了修建大坝，朝仓动员北之泽村的人民搬入新村，可是仍有许多人反抗到最后阶段。为了探明真相，柯南等人开赴白雪皑皑的北之泽。在这片纯净的雪国，少年们尽情玩耍，与此同时他们也遇到了几名原北之泽村的村民，山尾溪介、远野瑞希、立原冬美等人。他们是从小一起长大的好朋友，而彼此之间似乎又有着某种芥蒂和秘密。

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。另一方面，柯南和少年侦探团在园子的招待下来到八丈岛赏鲸。此时，柯南接到来自冲矢昂（赤井秀一 配音）的电话，被告知欧洲刑警组织的成员在德国遭到琴酒的杀害。为调查真相，柯南偷偷混进了前往“太平洋浮标”进行警备工作的黑田兵卫等警视厅人员乘坐的警备艇中，进入设施内部。之后，在为系统启动而稳步展开准备工作的设施内，发生了案件——一名女性工程遭到黑衣组织的绑架，而她手中装有某些情报的U盘也落到了黑衣组织的手里。

警视厅的佐藤美和子警官是高木涉警官的前辈，她具有敏锐的搜查能力和果敢的行动力，追击犯人的业务水平也非常突出，不仅深受侦探团孩子们的喜爱，在前辈和同事中也有着很高的人气。而高木涉警官隶属于警视厅搜查一课强行犯三系，是一名工作严谨认真，充满正义感的好警察。《名侦探柯南 总局刑警恋爱故事~结婚前夜~》该片就讲述了这两位警官的恋爱故事。他们两个一开始只是普通的同事关系，但有着“警视厅之花”之称的佐藤警官勇敢美丽，与警视厅里大部分的男警官一样，高木警官也对佐藤警官抱有好感。后来在经历了一系列凶险的案件后，高木警官帮助佐藤警官走出了伤痛，并成功用自己的温暖感动了她。两人的感情也因此慢慢升温，并最终走到了一起。

正值万圣节之际，东京涉谷热闹非凡。涉谷HIKARIE大厦里正在举办一场婚礼，身着婚纱的便是——警视厅的佐藤警官。当柯南等宾客都在见证这场婚礼的时候，突如其来的暴徒向佐藤扑去！高木为了保护佐藤而受伤，好在性命无忧。可这时映入佐藤眼里的，是三年前爆炸事件松田阵平殉职时出现的死神的幻影，这一次出现在了高木的身上。与此同时，那场连续爆炸事件的犯人越狱了！这是巧合吗？