謎の組織「黒ずくめの男たち」の取り引きを目撃してしまったことから、毒薬を飲まされ、小学生の身体になってしまった、天才高校生探偵・工藤新一(山口勝平)。彼はそれ以来、江戸川コナン(高山みなみ)と名乗り、数々の事件を解決してきた。
七夕が近いある朝、“少年探偵団”のメンバーと一緒に昆虫採集に出掛けたコナン。そこで彼らは、羽をテープでVの字に止められたカブトムシを捕まえる。たちの悪いイタズラなのか、それとも何かのメッセージなのか…? 不思議に思いながらも、阿笠(緒方賢一)はそのテープをはがしてあげる。
同じ頃、ある男が自動車の事故で死亡。彼の車のブレーキには細工がされており、現場には麻雀牌がひとつ落ちていた。遺体の傍に麻雀牌が残される事件は、これで6件目。遺体の発見現場は関東近郊に散らばり、被害者には共通点は見当たらない。発見された麻雀牌はすべて筒子の「7」で、牌の表面には謎のアルファベットが書かれていた。
事件捜査のため、各県警と警視庁による合同捜査会議が開かれる。コナンは会議に出席していた刑事が、「黒ずくめの男たち」のメンバー・ジン(堀之紀)の車に乗っていくのを目撃。事件に、何らかの形で組織が関わっていることを察知したコナンに、緊張が走る。
数日後、連続殺人事件の一人目の被害者と関係のある男が捜査線上にあがってくる。その男を警察が包囲するが、一人の女が人質に取られてしまった! コナンの機転でその場は事なきを得るが、その人質こそ組織の一員で変装の達人、ベルモット(小山茉美)だった。
彼女によると、連続殺人犯が持ち去った被害者の所持品の中に、黒ずくめの男たちの極秘データが入ったメモリーカードが紛れているのだという。警察より前にそのカードを手にいれるべく、組織はある男を警察に潜入させていた。その男のコードネームは“アイリッシュ”。そんな状況では警察に助けを求めるのも難しい…。コナンは灰原(林原めぐみ)の心配をよそに、単身で組織に立ち向かう決意をする。一方、アイリッシュ(幹本雄之)もコナンの正体を探るべく、調査を進めていた!
コナンは6人目の犠牲者が遺したダイイングメッセージを解くために、大阪の高校生探偵、平次(堀川りょう)に連絡。彼の情報から、2年前の七夕の日に京都のホテルで火災が発生し、宿泊客が犠牲になったことを知る。その火事で亡くなったのは恋人の水谷(DAIGO)と一緒に旅行に来ていたななこ(折笠富美子)。ななこの死に責任を感じているという水谷の動向を調べていたコナンは、詳しい情報を得るため、ななこの兄・和樹(菅原正志)と会うことに。そこに平次から連絡が入り、今回の連続殺人事件の犠牲者たちが、火事のあった日に京都のホテルに宿泊していた事実を知らされる。
意外なところでつながった連続殺人事件。そして遺体の見つかった場所を地図上でつなぐと、北斗七星と北極星の位置関係と一致することが判明する。その推理が正しければ、次の事件が起こる場所は東都タワーのある公園付近だ! これ以上犠牲者を出さないために、コナンは東都タワーへ急行。同じ頃、警察と黒ずくめの男たちも東都タワーへ向かっていた。そしてコナンの危機を察知した蘭(山崎和佳奈)も…。
遂に東都タワーで水谷と対面するコナン。しかし背後にはコナンの正体を突き止めたアイリッシュが迫る! 果たして連続殺人事件の真犯人は? そしてコナンとアイリッシュ、黒ずくめの男たちの戦いの行方は? コナンは絶体絶命の危機を乗り越えることができるのか?