晴朗時節，江戶川柯南（高山南配音）與毛利小五郎（小山力也配音）、小蘭（山崎和佳奈配音）及少年偵探團成員來到京都，登上自衛隊宙斯盾戰艦參觀。期間他們結識了神秘優雅的女自衛隊員藤井七海（柴咲幸配音）。突如其來的斷臂尸體發現與自衛隊員失蹤事件打破平靜，某國間諜X潛入艦內的傳聞引發軍方恐慌。為揪出隱藏的敵特，柯南與灰原哀（林原惠美配音）、阿笠博士（緒方賢一配音）聯合服部平次（堀川亮配音）、遠山和葉（宮村優子配音），通過科學推理與縝密調查展開博弈。在破解偽裝身份、識破情報竊取手法的過程中，眾人逐步逼近真相，并最終阻止了間諜X盜取艦上核心機密的陰謀，成功維護國家安全。