הולמס חוזר לניו-יורק עם שולייה חדשה ורצון לעבוד עם משטרת ניו-יורק לאחר שפוטר מהאם-איי-6. ג'ואן, הבלשית הפרטית של המשטרה, צריכה לאשר את בקשתו להצטרף למחלקה.

הולמס ו-ווטסון עובדים ביחד על חקירת רצח כפול. קיטי מקנאה במערכת היחסים שלהם, וזה משפיע על עבודתה.

גאון מתמטיקה, שהוא חלק מהמומחים ה-"בלתי-רגילים" של שרלוק, נתקל בגופה בזמן שהוא משתתף בתחרות מתמטיקה. בינתיים ג'ואן מגלה על עברה של קיטי.

תוכנה של בינה מלאכותית נגנבת, ושרלוק מגייס לעזרתו את ג'ואן. ג'ואן מתעמתת איתו על המניע שהוביל אותו ליצור קשר עם חבר שלה ללא ידיעתה.

שרלוק וקיטי חוקרים רצח של בעל חנות שמותו קשור לסחר בלתי חוקי ביהלומים. גרגסון פוגע בקולגה, והקריירה שלו מוטלת בסיכון.

הולמס ו-ווטסון חוקרים גניבה של מפה נדירה, בעוד הולמס ממשיך להתערב בחייה הפרטיים של קיטי.

ג'ואן מנסה לאתר אישה הנעדרת כבר 5 שנים, והרמז היחיד הוא הריח שנותר במקום האחרון שהייתה בו. בינתיים, הקשר של ג'ואן עם חבר שלה נבחן כאשר גבר מעברה מבקש את עזרתה.

הולמס ו-ווטסון משתפים פעולה עם משטרת ניו-יורק לאחר ששוטר נורה. במקביל, שרלוק מחפש אחר בלוגר המפיץ פרטים אישיים מפגישות הגמילה שלו.

אחות שעבדה בעבר עם ג'ואן מבקשת את עזרתה בחיפוש אחר קולגה. בינתיים שרלוק נאבק עם הפיכחות שלו, לאור תהליך הגמילה המונוטוני.

ג'ואן ושרלוק חוקרים את מותו של מומחה בוטניקה וגנטיקה מבריק ונאה, וג'ואן מגיעה להחלטה חשובה העשויה להשפיע לרעה על שרלוק.

ג'ואן מתחילה את עבודתה החדשה כחוקרת בחברת ביטוח, אבל תשומת הלב שלה מוסטת לכיוון אחר כאשר היא מצטרפת לשרלוק במשימתו להיפטר מאיום על קיטי.

שרלוק וג'ואן מגבירים את מאמציהם לעזור כאשר קיטי מתפרקת כתוצאה מהאיום על חייה. מקורה של מערכת היחסים של שרלוק וקיטי מתגלה.

חבר של שרלוק מת מהתקף לב, קיטי מופיעה לפתע בניו יורק וטוענת שהוא נרצח ולמעשה מדובר ברצח השלישי שמוסווה כמשהו אחר. לדעתה הבאים בתור הם היא ושרלוק.

קיטי וג'ואן ממשיכות בחקירה אודות שרשרת הרציחות הקשורה ללונדון, אך החקירה מסתבכת כאשר הן מגלות קשר לממשלה ולסוכנות הביון. בינתיים, מערכת היחסים של שרלוק וקיטי מתוחים לאחר שהיא חולקת איתו חדשות ששינו את חייה.

עונה שביעית ואחרונה לעיבוד המודרני לעלילותיו של הבלש שרלוק הולמס, בכיכובם של ג'וני לי מילר ולוסי לו. העונה, הבלשים חוזרים לניו-יורק ויתמודדו עם נבל חדש, אודין ריצ'נבאך.