นักสืบ เชอร์ล็อก โฮมส์และ ดร. โจน วัตสัน ผู้เงียบขรึม ได้ใช้ความสามารถที่สุดโต่ง ในการอ่านผู้คน และวิเคราะห์ อาชญากรรม เพื่อช่วยเหลือตำรวจนิวยอร์คในการปิดคดีที่ยากๆ

เชอร์ล็อก โฮมส์ ได้ใช้อำนาจเพื่อมาเป็นที่ปรึกษาในคดีฆาตกรรมชายคนหนึ่งในอะพาร์ตเมนต์ของเขา จอน ไมเคิล ฮิลล์ ร่วมแสดงด้วย

เชอร์ล็อกและวัตสัน ได้เป็นที่ปรึกษาเกี่ยวกับคดีลักพาเด็ก ที่เกี่ยวข้องกับฆาตกรต่อเนื่อง ที่ได้ฉายาว่า "บอลลูนแมน" เพราะทิ้งลูกโป่งไว้ในสถานที่เกิดเหตุทุกครั้ง

เชอร์ล็อกและโจนได้รับการว่าจ้างให้ตามหาผู้บริหารบริษัทการลงทุนที่หายไป ซึ่งพบว่าเสียชีวิตจากการใช้ยาเฮโรอีนเกินขนาด ซึ่งเชอร์ล็อกมั่นใจว่าไม่ใช่เรื่องบังเอิญ หลังจากระบุตัวเหยื่อได้ เขาสงสัยว่าฆาตกรต่อเนื่องกำลังไต่อันดับขึ้นไปในบริษัท เชอร์ล็อกตระหนักว่าเลขาของชายคนนั้น ได้รับประโยชน์จากการที่นายจ้างของเธอรวดเร็ว โจนถูกบังคับให้บอกความจริงเรื่องงานของเธอกับเชอร์ล็อกแก่ผู้กองเกร็กสัน...

เชอร์ล็อก พยายามค้นหาว่า ใครเป็นผู้ฆ่าผู้ป่วยอ่อนแอ และระยะสุดท้าย ที่ทำให้ดูเหมือนการตายอย่างธรรมชาติ ดารารับเชิญ อนิกา โนนิ โรส

เชอร์ล็อก พยายามพิสูจน์ว่า ศพหนึ่งได้เสียชีวิตก่อนที่เครื่องบินจะตก

เชอร์ล็อก ปิดคดีฆาตกรรมมาสองครั้ง ที่มีพันธุกรรมเหมือนกัน ซึ่งฆาตกรเคยลงมือ เมื่อ 13 ปีที่แล้ว ดารารับเชิญ แคลลี่ ธอร์น

หลังการระเบิดที่คร่าชีวิตไปสองคน ทำให้เชอร์ล็อกตระหนักว่า อาชญากรรมที่สงบนั้นมันกลับมาแล้ว ดารารับเชิญ ลิซ่า เอเดลสติน และอาโต เอสแซนโด

เชอร์ล็อก ได้ใช้ทักษะประจำตัวของเขา ในการค้นหาฆาตกรที่ฆ่าอาจารย์ในวิทยาลัย

เชอร์ล็อก ถูกเรียกให้มาสืบสวนหาผู้บุกรุกห้องนิรภัยที่ชื่อว่า "เดอะเลวีอาธาน" ที่ไม่มีใครถอดรหัสได้ ดารารับเชิญ เฟรดา ฟอห์ เชน

เชอร์ล็อกและวัตสัน สืบสวนคดีฆาตกรรมผู้จัดการโรงแรมระดับไฮเอนด์ ซึ่งมีผู้พบศพเขาอยู่ในเครื่องซักผ้าอุตสาหกรรม

เชอร์ล็อก มารวมตัวกับ "เอ็ม" อาชญากรชาวอังกฤษ ที่ติดตามเขามาจากนิวยอร์ค ดารารับเชิญ วินนี่ โจนส์

ระหว่างถูกพักงานที่นิวยอร์ค เชอร์ล็อกได้สืบสวนคดีชนแล้วหนี ที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีสมคบคิด

เชอร์ล็อก ไล่ตาม มาร์ติน เอนนิส อาชญากรที่คาดเดาไม่ได้ ก่อนที่เขาจะก่ออาชญากรรมอีก ดารารับเชิญ เทอร์รี่ คินนี่ย์ และคารี แมตเช็ตต์

เชอร์ล็อก สืบสวนหาคนที่ลักพาตัวลูกสาว รีห์ส อดีตพ่อค้ายา ดารารับเชิญ จอห์น ฮันนาห์

เชอร์ล็อก สืบสวนสิ่งที่เขาเชื่อว่า จะเปิดและปิดคดี คนที่ทำร้ายนักสืบเบลล์

เชอร์ล็อก สืบสวนคดีมหาเศรษฐีใจบุญที่เชื่อว่า การเจ็บป่วยของเขาเกิดขึ้นอย่างมีจุดประสงค์

โจนฉายเดี่ยวทำคดี ที่ภรรยาส่งวิดีโอบอกเลิกสามี และมีการฆาตกรรมเกิดขึ้นที่ชานชาลารถไฟใต้ดิน

เชอร์ล็อกและโจน พยายามป้องกันการโจรกรรม ห้องเก็บเงินที่ใหญ่ที่สุดในประเทศ ในช่วงระหว่างเทศกาล นอร์อีสเตอร์

เชอร์ล็อกและโจน ตามหาผู้สมรู้ร่วมคิดในการข่มขู่ ซึ่งมุ่งเป้าไปที่ครอบครัวเหยื่อที่ถูกข่มขืน

เชอร์ล็อกตกลงรับคดีจากชายที่อ้างว่า เป็นมอริอาร์ตี โดยหวังว่า จะนำเขาไปพบศัตรูที่เขาตามหา ดารารับเชิญ นาตาลี ดอร์เมอร์

ภาพย้อนหลังเผยให้เห็นความสัมพันธ์ของเชอร์ล็อกกับไอรีนเมื่อสองปีที่แล้ว รวมถึงการ "อนุรักษ์" งานศิลปะโบราณของเธอด้วยการกลับไปที่พิพิธภัณฑ์ด้วยการปลอมแปลงภาพวาดของเธอ แทนที่จะเป็นต้นฉบับที่ได้รับการบูรณะ ไอรีนถูกทรมานทางจิตใจเป็นเวลาเจ็ดปีแล้ว เชอร์ล็อกตัดสินใจพาไอรีนไปรักษา เจ้าหน้าที่ทำเชอร์ล็อกบาดเจ็บและเปิดเผยว่ามอริอาร์ตีเป็นผู้หญิง ไอรีนยิงเจ้าหน้าที่เสียชีวิต เชอร์ล็อกก็เลยตระหนักว่า...

การกลับมาของไอรีน คนรักเก่าเชอร์ล็อก ทำให้เขาลำดับเหตุการณ์ที่ทำให้เขาพลาดติดยาเสพติด และสามารถคลี่คลายเรื่องวุ่นวายในอดีตได้ ภาคจบ