晴朗时节，江户川柯南（高山南 配音）和毛利小五郎（晴朗时节李藝民飾楊康，谷峰飾北丐洪七公，郭追飾老頑童周伯通，顧冠忠飾東邪黃藥師。劇情承接上集，說郭靖與黃蓉來到桃花島，西毒已帶子歐陽克來向黃蓉求婚，黃藥師以考試選婿，郭靖獲勝得娶黃蓉為妻；但老頑童與黃藥師有過節。）、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…