江户川柯南在世人眼中是寄住在毛利家的小学生侦探，外表戴眼镜、身材矮小，常和少年侦探团一起行动。他看似天真，却总能在命案与谜题中发现大人忽略的细节。真实的他是高中生侦探工藤新一，曾因屡破难案而被称为“日本警察的救世主”。在多罗碧加乐园目击黑衣组织的交易后，新一被灌下开发中的毒药 APTX4869，醒来时身体缩小成孩童。为了不让组织得知工藤新一仍然活着，他在阿笠博士建议下隐藏身份，并以“江户川柯南”之名住进毛利侦探事务所。
柯南的日常生活建立在双重身份上。白天，他是帝丹小学一年级学生，与吉田步美、圆谷光彦、小嶋元太组成少年侦探团，也和同样被药物改变身体的灰原哀保持谨慎的同盟关系。夜晚与案件现场中，他仍是工藤新一，依靠观察力、推理力和阿笠博士的发明继续追查黑衣组织。为了避免暴露，他常用麻醉针手表让毛利小五郎睡着，再以变声蝴蝶结借用小五郎的声音公布推理，使“沉睡的小五郎”逐渐成为名侦探的代名词。
柯南最沉重的处境，是必须近在咫尺地守护毛利兰，却不能坦白自己就是她等待的新一。兰多次察觉他的异常，柯南也数次靠谎言、易容或服部平次等人的协助勉强维持秘密。对他而言，隐瞒不是轻松的伪装，而是保护身边人免受组织牵连的必要选择。即使如此，他仍保留新一的正义感：无论凶手有什么理由，都不能用杀人来偿还伤害；无论案件多么危险，他也会优先救人，而不是只追求推理胜负。
身体变小也让新一重新学习“侦探”之外的生活。少年侦探团把他拉进小学生的冒险，元太、光彦和步美的单纯常让他头痛，却也让他不能只以高中生的优越感旁观孩子们。灰原哀的存在则让他面对组织受害者的另一面：她既是解药线索，也是背负姐姐之死和研究罪责的同伴。柯南一边追查琴酒、伏特加、贝尔摩德等组织成员，一边在日常案件中维持孩子身份，这种割裂使他必须比过去更谨慎地使用推理。
随着案件推进，柯南逐步接触到组织成员、卧底搜查官与 FBI、公安等不同势力。宫野志保以灰原哀身份出现后，他才真正理解 APTX4869 背后的研究与牺牲，也得到开发解药的希望。服部平次知道真相后成为少数能与他正面商量的人，怪盗基德、赤井秀一、安室透等人的介入又让他的战场不断扩大。江户川柯南并不是工藤新一的逃避身份，而是他在失去身体后继续战斗的名字。每一次案件结束，他都必须把胜利藏在孩子的笑容后面。只要黑衣组织仍在暗处，他就以孩童的外表穿行于城市、学校和案发现场，追寻那唯一的真相，也守住自己终有一天回到兰身边的承诺。