怪盗キッドからの手紙を受け取った人気女優・牧樹里は、運命・宿命・希望を象徴する「運命の石」スタールビーを守るため、私立探偵・毛利小五郎に助けを求める。キッドの暗号を解読したと思い込んだ小五郎は、樹里が主演する舞台「ジョセフィーヌ」が行われる新設の宇宙劇場に自ら乗り込み、キッドの犯行を阻止しようとする。 翌日、コナンたちはキッドの計画阻止と舞台の成功を祝うため、樹里に招待され彼女の別荘へと向かう。しかし、飛行機内で殺人事件が発生し、その成功は崩れ去る。意図せずして引き起こされたこの事件は、やがて惨事へと発展していく。コナンとキッド、この奇妙な二人は互いに手を組み、友人たちと飛行機に乗る全ての乗客を救わなければならない。