黒の組織に毒薬を飲まされ、体が小さくなってしまった高校生探偵の工藤新一は、江戸川コナンと名乗って身を隠し、黒の組織の情報を追っていた。彼の正体を知っているのは阿笠博士(田山涼成)と、同級生の灰原哀だけ。実は哀は黒の組織の一員・宮野志保(香椎由宇)で、新一の体を小さくした毒薬の開発者だった。だが姉を殺され、組織から逃げるため自らその薬を飲み、小学生の哀として身を隠していたのだ。彼女は密かに解毒剤の研究を続けていた。鈴木財閥が新しいホテルを完成させ、その披露記念として「ミス・ジャパネスク受賞祝賀パーティー」を行ない、生中継されることになった。友人である鈴木財閥の娘・園子に招かれたコナンと、新一の同級生で、探偵・毛利小五郎(陣内孝則)の娘・蘭、阿笠博士、哀も招待客として出席していた。そんな中、ミス・ジャパネスクの寿かれんに脅迫状が届く。かれんの姉でマネジャーの美々(西尾まり)は不安を募らせる。
不安を覚える蘭は、新一の携帯に助けを求めるメッセージを入れる。
一方、会場でケーキを食べたコナンと哀の体に異変が起こる。ケーキには、一時的に体が元に戻るある種のアルコール成分が含まれていたのだ。
その頃、ステージ裏では祝賀パーティの準備が進んでいた。わがままなかれんは、準ミスの2人が自分より目立たないよう、衣装を着替えさせたり、舞台監督の天野(川岡大次郎)には、自分がもっと目立つように急遽段取りを変えさせたり、やりたい放題だ。かれんと男女関係にある審査委員長の三浦(佐戸井けん太)も、そんな彼女を黙認していた。
セレモニーの休憩時間にかれんの姿が忽然と消え、大騒ぎになる。
本番3分前、ADの原田は、予定通り舞台の奈落にかれんがいるのを確認する。
いざ本番が始まり、奈落からせり上がったかれんの体が、操り人形のように空中に吊り上げられると、招待客らは騒然となる。それは胸にナイフが突き刺さったかれんの遺体だった。次の瞬間、ロープが切れて彼女の体は舞台に叩きつけられる。
そのとき会場にいた志保の姿を、カメラがはっきり捉えた。その映像を、彼女を血眼で捜す黒の組織のジン(佐々木蔵之介)が見ていた。事件の一報を受けた警視庁捜査一課の目暮警部(伊武雅刀)が会場に駆けつけ、殺害推定時刻にアリバイがない美々、三浦、準ミスの澄香と鏡美、天野の5人が集められた。実は5人はそれぞれかれんに恨みを抱いており、殺害の動機があったのだ。
そんなさなか、志保は危険も省みず会場にとどまり、解毒剤開発のために、ケーキからアルコールのサンプルを採取しようとしていた。新一はすぐに会場から逃げるよう説得するが、志保は言うことを聞かない。そこへ蘭がやってくる。いつも音信不通の新一にやっと会えたことを喜ぶが、志保との親密な様子にショックを受ける。やがて会場に黒の組織が現れ、志保の身に危険が迫る。