Die Geschichte beginnt, als die Bühnenschauspielerin Juri Maki den Detektiv Kogoro Mouri um Hilfe bittet. Sie hat eine rätselhafte Nachricht vom Phantomdieb Kaito Kid erhalten, der ankündigt, ihren wertvollen Sternsaphir-Ring, bekannt als das Juwel des Schicksals, während der letzten Aufführung ihres Stücks Josephine im Sora Theater in Shiodome zu stehlen. Kogoro besucht zusammen mit Conan Edogawa, Ran Mouri, den Detective Boys und anderen die Aufführung, um das Juwel zu bewachen. Während der Veranstaltung erscheint Kaito Kid als Shinichi Kudo verkleidet und nutzt dessen nahezu identisches Aussehen zum verschwundenen Oberschuldetektiv aus. Conan verfolgt Kid auf das Dach, kann ihn jedoch nicht fangen, und Kid entkommt, wobei das Juwel scheinbar sicher bleibt.

Um ihnen für den Schutz des Rings zu danken, lädt Juri die Gruppe in ihre Villa in Hakodate, Hokkaido, ein. Sie besteigen einen Sky Japan Boeing 747-Flug. Zu den Passagieren gehören die Darsteller des Stücks, darunter Juris aktueller Freund Shinjo, der Regisseur Ban, die Schauspieler Narusawa und Tajima, ihr Manager Yaguchi, die Maskenbildnerin Natsuki Sakai und Rans Mutter Eri Kisaki, die unerwartet dazustößt. Während des Fluges erkennt Conan, dass Kids ursprünglicher Plan nie war, den Ring im Theater zu stehlen – das wahre Ziel war das Flugzeug selbst, da die verschlüsselte Nachricht in der Notiz auf die Flugnummer 865 hinwies.

Kurz nach dem Start isst Juri ein Stück Schokolade und stirbt sofort an einer Zyanidvergiftung. Conan ermittelt und schließt daraus, dass das Gift in ihre Make-up-Grundierung gemischt wurde. Die Täterin ist Natsuki Sakai, Juris Maskenbildnerin, die tiefe Ressentiments hegte, nachdem Juri ihren Traum, in Hollywood zu arbeiten, sabotiert hatte. Bevor der Fall jedoch vollständig abgeschlossen werden kann, brechen auch der Pilot und der Kopilot durch eine Zyanidvergiftung zusammen – sie hatten Juris Hand während einer Begrüßung geküsst und dabei das vergiftete Make-up aufgenommen. Da beide Piloten handlungsunfähig sind, meldet sich der Schauspieler Shinjo freiwillig, um die Kontrolle zu übernehmen, und bittet Conan, ihm im Cockpit zu helfen.

Conan erkennt schnell, dass Shinjo in Wirklichkeit Kaito Kid in Verkleidung ist. Kid gesteht, dass er an Bord gegangen ist, um den Sternsaphir zu stehlen, aber das Interesse verlor, nachdem er entdeckte, dass es sich um eine Fälschung handelte. Nun in einer Krise gemeinsam gefangen, müssen der rivalisierende Detektiv und der Phantomdieb zusammenarbeiten, um die 365 Passagiere an Bord zu retten. Das Flugzeug kämpft sich durch einen heftigen Sturm über Hakodate. Ein Blitzschlag beschädigt das Flugzeug und verursacht ein Feuer auf der Landebahn, sodass eine Landung unmöglich wird. Der Treibstoff läuft schnell aus, sodass nur noch Minuten bleiben, bevor das Flugzeug keinen Sprit mehr hat.

Da Kids Arm durch die Turbulenzen verletzt ist, tritt er zurück und Ran Mouri übernimmt auf sein Drängen hin die Kontrolle. Conan, der durch einen Telefonanruf in seiner wahren Stimme als Shinichi Kudo spricht, führt Ran durch den Landevorgang. Ran offenbart während des Anrufs ihre Gefühle für Shinichi und gesteht, dass sie ihn liebt. Kid opfert seine eigene Flucht, um Polizeiautos zu einem Pier zu locken, wobei er ihre Scheinwerfer als provisorische Landebahnbeleuchtung nutzt. Ran und Sonoko Suzuki gelingt es, das beschädigte Flugzeug sicher auf einem Liegeplatz am Meer in Muroran zu landen. Nach der Landung wird Ran von einem Sanitäter behandelt, der sich in einer Post-Credit-Szene als Kaito Kid in Verkleidung entpuppt. Er lobt ihre Landung und verschwindet, bevor sie reagieren kann.

Zu den Hauptfiguren gehören Conan Edogawa, der junge Detektiv im Körper eines Kindes; Kaito Kid, der schwer fassbare Phantomdieb, der sowohl Rivale als auch widerwilliger Verbündeter ist; Ran Mouri, deren emotionale Reise in ihrem Geständnis gegenüber Shinichi gipfelt; Kogoro Mouri, der tollpatschige Detektiv; Eri Kisaki, Rans Mutter, die unbeabsichtigt zur Stimme von Conans Deduktionen wird; und das Ensemble der Theaterdarsteller, deren verborgene Missstände den Mordplan antreiben. Der Schauplatz wechselt von einem Tokioter Theater zum beengten Raum eines Verkehrsflugzeugs und schließlich zu einer verzweifelten nächtlichen Landung in Hokkaido, wodurch eine Erzählung entsteht, die ein abgeschlossenes Mordmysterium mit einer hochriskanten Katastrophensequenz verbindet. Zu den wichtigsten Handlungsbögen gehören die Verwandlung der Rivalität zwischen Conan und Kid in eine unsichere Partnerschaft, die Aufklärung von Juris Mord durch forensische Deduktion und Rans emotionale Entwicklung, als sie die Kontrolle über das Flugzeug übernimmt und ihre lang gehegten Gefühle für Shinichi ausspricht.