ある日の夜、黒川邸で主人の黒川大造が何者かに殺害されるという事件が起こった。現場の状況から、黒川家の中に犯人がいるとされ、眠りの小五郎として有名な名探偵の毛利小五郎は後妻が犯人だと推理するが、時計型麻酔銃で眠らせた江戸川コナンの推理によって事件は無事に解決した。彼こそ高校生探偵として有名であった工藤新一であり、現在は迷宮なしの小学生名探偵として活躍する江戸川コナンである。コナンは自分の体を小さくした黒の組織を追うために、小五郎を有名にして情報を集めていたのだ。
数日後の4月26日（土曜日）、高名な建築家である森谷帝二から工藤新一宛にパーティーの招待状が届いた。しかし、新一は体が縮んでしまってコナンになっているため、コナンは小五郎を代理人として、幼馴染で小五郎の一人娘である毛利蘭と共にパーティーに出席する。そこで開催されたクイズに正解し、ギャラリーに案内されたコナンと蘭は、殺人事件があった黒川邸が森谷の設計であることを知る。また、蘭は新一の誕生日に2人で映画を見に行く約束をしていることを森谷に伝えるが、行くことができないコナンはどうするべきかと思案する。
新一の誕生日前日の5月3日（土曜日）、コナンは火薬庫からプラスチック爆弾用の爆薬が何者かに盗み出され、黒川邸など4件の邸宅が相次いで放火されるという事件のニュースを見ていた。その時、その犯人から新一宛てに爆破予告の電話がかかって来る。犯人は、爆弾を盗み出したのは自分であり、早くしないと子供たちが危険だと宣告する。それを聞いたコナンは爆破を防ぐため、急いで堤向津川緑地公園へ向かう。
堤向津川緑地公園に着いたコナンは、ラジコン模型飛行機で遊ぶ少年探偵団の3人を見付ける。知らない男からラジコン模型飛行機を貰ったと言う話を聞いたコナンは、ラジコン模型飛行機にプラスチック爆弾が装備されている事に気付き、リモコンを奪うが、その拍子にリモコンが壊れてラジコンのアンテナが折れてしまった。コナンは咄嗟の判断でリモコンを蹴り、ラジコン模型飛行機に当ててプラスチック爆弾を上空で爆発させる事には成功し、コナンに間一髪で助けられたが、爆風に吹き飛ばされた。そして近くのビルからその様子を見ていた犯人により次の犯行予告を受けてしまう。
次の犯行場所として宣告された米花駅前に向かったコナンは、ファストフード店の2階から駅前の様子を窺い見る。その時、老婆が捨て猫をキャリーバッグと共に持ち去る様子を見たコナンは、キャリーバッグにプラスチック爆弾が仕掛けられていると推理し、必死で止めようとするが、タクシーに乗り込まれてしまう。コナンはターボエンジン付きスケートボードでタクシーを追い掛けるが、途中でスケボーが破損してしまい、止む無く近くに居た少年の自転車を奪って、タクシーを追い掛ける事にする。何とかタクシーに追い付いたコナンは、キャリーバッグを老婆から奪って、人気のない場所へ持って行こうと自転車に載せて近くの河川敷へ向かう。コナンはやっとプラスチック爆弾を人気のない所で爆発させる事には成功したが、爆風の影響で木にぶつかって負傷し、緑台警察病院へ緊急搬送され、病院で手当てを受けたのだ。
病室では、今回の犯人は新一を指名して脅迫している事から、新一に恨みを持つ者の犯行と見た目暮警部らが、新一が解決した事件の中で最も注目を集めた事件として西多摩市長を逮捕した事件を挙げる。この事件は、OLを轢いた車を運転していた犯人として警察が市長の息子を逮捕した事に異を唱えた新一が、真犯人は市長自身である事を突き止めたもので、その影響により市長の進めていた都市開発の計画が頓挫したものでもある。
そこへ、犯人からの連絡が入り、東都鉄道の環状線に時速60km以下で走行すれば爆発する仕掛けになっている5つの爆弾を仕掛けたと言う事と、仕掛けた場所は「××の×」であると言うヒントを与えられ、一方的に電話を切られる。それを聞いた目暮警部はすぐに東都鉄道へ連絡し、連絡を受けた東都鉄道の司令員もすぐに爆弾が見つかるまでに全車両をノンストップで時速70kmでの走行を維持するよう緊急司令を出した。目暮警部や小五郎は「××の×」と言う犯人からのヒントに対し、「座席の下」や「網棚の上」と言った場所を思い付くが、時速60km以下で走行すれば爆発すると言う仕掛けに注目したコナンが、「線路の間」である事を突き止めた。芝浜駅貨物線に環状線の列車を退避させた上で、無事に5つ全ての爆弾も発見し一同は安堵する。安堵したのも束の間、一同は今回の事件の犯人について話し合う。コナンの助言により、一連の放火事件や爆弾事件が全て、森谷帝二の設計した建築物を標的としている事が判明し、急いで森谷帝二の設計した建築物へ向かう。
すぐに森谷邸へ向かった一同は、森谷に自身を恨んでいる人物に心当たりはないか尋ねるが、そのような人物に心当たりはないと返される。回復してこっそり森谷邸を見て回っていたコナンは、西多摩市の都市開発の計画を森谷が主導していた事を知り、新一の声で一同をギャラリーに集める。コナンは情況証拠とハッタリを用いて森谷自身が犯人である事を暴き、白鳥警部によって森谷は逮捕されるが、「これで終わりではない」と告げたのだ。最後の標的が蘭の居る米花シティービルである事を知ったコナンは、森谷の落とした爆弾の設計図を持って急いで米花シティービルへ向かう。
米花シティービルに着いたコナンは、蘭の居る映画館のロビー前までは何とか辿り着いたが、ドアが爆発の影響で歪んでしまったために中へは入れなかった。コナンはその場で新一の声を使い、爆弾を見付けた蘭に爆弾の解体を指示し、解体は順調に進む。だが、最後の設計図には載っていない赤と青2本の導線が残っているため、どっちを切るかについてコナンは蘭に任せる事にする。
爆発のタイムリミットとなる時間になり、目暮警部らは諦めかけ、森谷はほくそ笑むが、爆発は起こらず、ビル内に閉じ込められていた全員が助かる描写が為され、蘭がコナンに対し新一について尋ねるシーンで終幕を迎える。
最後のコナンがとてもかっこよかった！！！！
