某个漆黑的夜晚，一名间谍悄然潜入日本警方某机构。这里藏有一份神秘文件，文件中记载了包括英国MI6、德国BDN、美国CIA乃至美国FBI 等各国谍报机构的绝密数据。该间谍试图将文件盗走，就在关键时刻，隶属于警察厅警备局的警官安室透（古谷彻 配音）带领公安及时赶到。

几番交手过后，间谍驾车逃亡，安室等人则紧追不舍，期间连FBI探员赤井秀一（池田秀一 配音）也加入追捕行列。敌我双方在车流熙攘的高速公路上展开绝命追击，夜幕下的东京陷入前所未有的大混乱之中。

千钧一发时刻，赤井打爆对方汽车的轮胎，逃亡者连同汽车跌落悬崖。

第二天，柯南（高山南 配音）和伙伴们来到东都水族馆观光。在特色项目超大型摩天轮下方，他们发现一名受伤的美丽女子（天海佑希 配音）。尤其特别的是，该女子左右眼眸颜色不同，这就是传说的“异色瞳”。

此时，该女子处于失忆状态，身上的手机也破损无法使用。柯南等人答应要帮她恢复记忆，当他们七嘴八舌之际，藏在暗处的黑衣组织成员贝尔摩德（小山茉美 配音）冷冷地注视着这一切。在相处过程中，女子非凡的身手和奇怪的言行举止让灰原哀（林原惠美 配音）对其真实身份产生怀疑。

刚刚还一派祥和的水族馆，沉浸在快乐之中的人们，根本会想到随着那名神秘女子技艺的恢复，自己马上就要被卷入黑暗组织的杀戮和混乱之中……