黑衣组织的核心秘密在对决中被彻底揭开：主谋并非传闻中的“那位先生”，而是早已被认定“死亡”的乌丸莲耶——这位活了一个世纪的野心家，试图通过APTX4869实现永生，却在药物实验中逐渐丧失人性，将组织变成了操纵世界的黑暗机器。他的据点藏在鸟取县的古堡地下，密布着监控与机关，而对抗他的，是柯南联合FBI、日本公安、MI6组成的“红方联盟”：赤井秀一的狙击步枪锁定通风管道，安室透降谷零在地下迷宫中与贝尔摩德周旋，工藤优作则用推理破了乌丸设置的终极密码。
决定性的转机来自灰原哀。她带着最新研发的APTX4869“逆转剂”潜入据点，在柯南被乌丸的机关困住时，将药剂入他的体内——当烟雾散去，那个消失了二十多年的高中生侦探，终于以工藤新一的模样站在众人面前。面对恢复真身的新一，乌丸的表情第一次出现裂痕，而新一的推理如利刃般剖开所有伪装：“你以为隐藏在时间的阴影里就能逃脱？但正义会在每个案件的细节中留下痕迹。”
最终，乌丸在绝境中启动自毁程序，却被及时赶到的小兰用空手道击碎了控制台。当古堡的崩塌声响起，新一拉起小兰的手冲出废墟，雨水冲刷着两人脸上的污渍，也洗去了二十余年的等待。在米花神社的樱花树下，新一终于说出了那句迟到太久的告白：“兰，对不起让你等了这么久。但从今天起，我再也不会离开你。”小兰的眼泪落在新一的手背上，混合着樱花花瓣，温柔得像从未有过分离。
案件落幕，世界恢复了平静。毛利小五郎依旧会在侦探事务所打盹，却偶尔会对着柯南消失的空座位发呆；灰原哀将药配方交给警方，自己则选择继续以“宫野志保”的身份生活，在帝丹小学旁开了一家小小的化学实验室；赤井秀一与安室透的对立变成了默契的搭档，守护着城市的安宁。而新一和小兰，终于在帝丹高中的毕业典礼上并肩而立，阳光穿过礼堂的窗户，将他们的影子拉得很长——那个戴眼镜的小学生，终究在时光的尽头，与等待他的人重逢。