晴朗时节，江户川柯南（高山南 配音）和毛利小五郎（小山力也 配音）、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……
内田雄马,千叶翔也,内山昂辉,岛崎信长,丰永利行,河西健吾,冈本信彦,中村悠一,铃木崚汰,逢坂良太,齐藤壮马,浦和希,长谷川育美
关根明良,岛袋美由利,福原绫香,藤原夏海
坂田将吾,花井美春,日笠阳子,永濑安奈,阳高真白,菊池纱矢香,中岛由贵,八代拓,水中雅章
广濑裕也,立花日菜,增田俊树,上田瞳,华成结,松田健一郎,鸟海浩辅,铃木崚汰,井上和彦,楠大典,内田直哉
藤原夏海,古川慎
佐仓绫音,小野贤章,石见舞菜香,水树奈奈,立木文彦,诹访部顺一,平田广明,泽城美雪,竹内良太,樱井孝宏,富田美忧,岩本莲加,大塚明夫,石川由依,户谷菊之介,若山诗音,石田彰,平野绫,青木遥