Detective Conan: Black Iron Submarine kembali menghadirkan Edogawa Conan bersama Ran, Kogoro Mori, Ai Haibara, Profesor Agasa, Detective Boys, serta karakter penting seperti Gin, Vodka, Kir, Vermouth, Bourbon, dan Shuichi Akai dalam misi menegangkan melawan Organisasi Hitam. Film ini dibuka di Frankfurt saat seorang agen Europol diburu oleh Gin dan Kir, sebelum akhirnya dibunuh tanpa ampun. Kematian itu menjadi sinyal bahwa ancaman besar sedang bergerak.

Cerita berlanjut ketika Conan dan rombongan diundang berlibur ke resor mewah milik keluarga Sonoko di Pulau Hachijo. Di saat yang sama, sebuah fasilitas bawah laut milik Interpol bernama Pacific Buoy tengah menguji sistem canggih All Age Recognition. Teknologi ini mampu mengenali wajah seseorang meski usianya berubah, dengan menghubungkan kamera pengawas dari Jepang hingga Eropa. Sistem tersebut dipimpin Yosuke Makino bersama para insinyur internasional, termasuk Naomi Argento dari Amerika Serikat.

Situasi berubah drastis ketika Bourbon dan Vermouth menyusup ke Pacific Buoy dan menculik Naomi. Dari data yang tersimpan, Organisasi Hitam mengetahui bahwa sistem tersebut bisa mengidentifikasi Haibara sebagai Shiho Miyano. Malam itu juga, Chianti, Vodka, dan Pinga menculik Haibara dan membawanya ke kapal selam rahasia. Conan berusaha mengejar, tetapi jejak kendaraan dan kapal selam menghilang dari kamera, menandakan sistem telah diretas.

Ketegangan meningkat saat salah satu insinyur, Leonhardt, ditemukan tewas akibat racun. Surat pengakuan yang ia tinggalkan justru memicu kecurigaan baru. Conan mengungkap bahwa Grace adalah pelaku sebenarnya dan identitas aslinya adalah Pinga, agen Organisasi Hitam yang menyamar. Di tengah kekacauan, Gin memutuskan menghancurkan Pacific Buoy menggunakan kapal selam atas perintah Rum.

Dalam momen klimaks, Conan menyelam untuk melacak posisi kapal selam dan memberi sinyal pada Akai agar menembakkan roket. Ledakan besar merusak kapal selam dan memaksa Organisasi Hitam mundur. Pinga tewas dalam ledakan tersebut. Conan sempat kehilangan kesadaran di laut sebelum akhirnya diselamatkan Haibara. Film ini memadukan teknologi canggih, intrik identitas, dan aksi bawah laut yang intens dalam satu paket penuh adrenalin