本片讲述了江州市云山医院神经外科一群医护工作者的故事。老大刘晨曦（张嘉译饰）不仅医术超群，而且为人正派，但是他的女儿南南却患有先天性肾衰，他和妻子一直在等待为女儿手术配型肾源。二师兄霍思淼（吴秀波饰）是功臣之后，平素里风趣幽默，但是在手术台上一丝不苟。一次偶然的机会，他结识了带母亲看病的演员黄菁菁（韩雨芹饰），两人从交流病情开始了交往。在韩妈妈出院时，黄菁菁已经成为他的VIP。与霍思淼的情场得意相比，大龄剩女美小护（海清饰）则更惹人同情，她与霍思淼是相交多年的哥们，经常打情骂俏，却保持着纯洁友谊。郑艾平初出茅庐，在接诊时巧遇小护士张晓蕾（杨紫饰），两人堕入爱河……这批医护人员每日面临着生死考验，在仁爱、仁心、仁术的熏陶与感染下，体味着人生百态，悲欢离合

　　真实身份谜团重重、每个人都有着复杂背景的危险一家——赤井家族。在来叶崖假死的FBI探员赤井秀一，《名侦探柯南绯色的不在证明》以他为中心展开，揭开了赤井秀一、世良真纯、羽田秀吉、玛丽等人的个性，以及他们几人之间的关系。故事的高潮则在讲述赤井秀一华丽复活的“绯色”系列。在某个事件中，赤井秀一的宿敌、代号为波本的安室透从FBI那打听到了“线索”。之后，安室透便深入调查赤井秀一与冲矢昴的关系。在经过了一系列的高智商攻防战后，赤井秀一的回归给所有人带来了冲击。而在这一连串的“不在场证明剧”的真相背后，都有着柯南的身影——《名侦探柯南》系列中不可缺少的赤井一家，该总集篇将彻底解剖他们至今为止的行动轨迹、以及他们与柯南的关系。

　　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。

　　风和日丽的一天，铃木财团巨资营建的铃木塔举行了盛大的开幕典礼。柯南（高山南配音）和好朋友们自然受邀参观。谁知一名游客突然被远处建筑发射来的子弹狙击身亡，柯南锁定凶手果断展开追击，然而对方胆大非常，公然炸毁拦截他的警车，在重重包围中脱身而去。在此之后，FBI和日本警方组成联合调查总部，经朱蒂•斯泰琳（一城美由希配音）介绍得知，嫌疑人很可能是原美国海豹突击队狙击手蒂莫西·亨特。战功显赫的亨特曾经获得过银星勋章，但是后来被战友指控违反交战原则，射杀了手无寸铁的平民，此后他更在战场上遭遇影响毕生的创痛，人生也彻底跌入低谷。此番他以神秘狙击手的出现，显然是想想那些毁灭了他的人生的人们复仇。
　　狙击事件接连而起，全东京陷入莫大的恐慌之中……

　　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“Neednottoknow”。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。

　　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。

　　东京峰会召开在即，为了确保会议顺利进行，日本警方出动约两万名警力对位于东京湾的超大设施“海洋边缘”进行安保工作。可就在严密的防控下，此地已然发生了爆炸案。令柯南（高山南配音）等人始料未及的是，现场居然留下了对毛利小五郎（小山力也配音）极其不利的证据。在此之后，小五郎遭到逮捕。柯南则发现安室透曾出现在爆炸现场，并且负了伤。为了还毛利叔叔的清白，柯南和阿笠博士以及少年侦探团的小伙伴们联合起来勘察现场，搜集证据。随着调查的深入，柯南发现这起爆炸案隐藏着包括恐怖分子、公安在内多方的复杂关系，而真相更令所有人瞠目结舌……
　　本片是“名侦探柯南系列”第22部动画剧场版，票房总收入超过90亿日元。