Thám Tử Lừng Danh Conan 20: Cơn Ác Mộng Đen Tối kể về những vụ ám sát bí ẩn xảy ra khắp thế giới. Kẻ tình nghi là một điệp viên có thể truy cập những tài liệu tuyệt mật. Ở Nhật Bản, một điệp viên đột nhập vào trụ sở cảnh sát và truy cập vào những tài liệu mật liên quan đến các cơ sở của điệp viên trong tổ chức Áo Đen đến từ rất nhiều cơ quan tình báo. Bị phát hiện trước khi đánh cắp các tài liệu mật, tên điệp viên bị Rei Furuya phát hiện và trốn thoát. Biệt đội thám tử của Conan nhập cuộc điều tra vụ án liên quan đến Tổ Chức Áo đen.