שרלוק ניצב בפני אישום פלילי לאחר התנהגות סוררת ואלימה, ואביו מגיע לניו יורק כדי לפתור את הבעיות של בנו המנוכר בכל האמצעים הנדרשים.

כאשר מורלנד מציע לנסות להחזיר את שרלוק וווטסון לשורות המשטרה, שרלוק בטוח כי אביו קשור לכך, ומפקפק במניעיו האמיתיים. בינתיים, באין הצעות עבודה באופק, ווטסון מצטרפת לאף-בי-איי בנסיון לפענח רצח משולש במעבדת מחקר סודית ביותר.

טכנאית במרפאת פוריות בביה"ח שבו עבדה ווטסון נרצחת, ומתברר שהיא חיה בצורה לא ממש שגרתית. בלשית מקוני איילנד שואלת את חבריה של ווטסון שאלות אישיות לגביה, והיא מנסה להבין מדוע.

מורלנד מציע את עזרתו כיועץ, כדי לעזור לשרלוק ו-ווטסון בחקירה חדשה בה ארכיאולוג נרצח לאחר שחיפש עותקים של משחק הוידאו הגרוע בהיסטוריה.

צלף מיומן תוקף קהל במרכז מנהטן, והתוצאות טראגיות. מורלנד מציע את עצמו כיועץ "מיוחד" בכדי לעזור לווטסון ושרלוק בחקירה.

ווטסון זועמת כשהיא מגלה כי אביה החורג כתב ספר פשע, המבוסס על עבודתה עם שרלוק מבלי ידיעתה. בינתיים, ווטסון ושרלוק חוקרים את נסיבות מותו של סוכן אף-בי-איי בדימוס.

אישה הרה נרצחת, והולמס יוצא למצוא את האחראי למעשה. בל נפגש בחשאי עם ווטסון, והולמס חושד בכוונותיו.

ווטסון והולמס מחפשים האקר מחשבים שאחראי לשלושה מעשי רצח, כולל מותו של מיליארדר רוסי שביקר בעיר ניו-יורק.

ווטסון ושרלוק חוקרים שני מקרי רצח, הקשורים למכללה ושיטות הגיוס לא חוקיות שלה. מערכת היחסים של שרלוק עם אביו, מקבלת תפנית לרעה כאשר שרלוק מגלה כי אביו מסתיר סוד שמאיים על ביטחונם.

גופת הומלס שמובאת לחדר המתים העירוני מכילה פצצה, שמתפוצצת ומשמידה ראיות. הצוות מנסה לברר מי רצח את ההומלס, וכך להבין מי שתל את הפצצה. להפתעתה של ווטסון, הבלשית קורטז מבקשת ממנה עזרה.

הולמס מתבקש לארגן את השוד המושלם במתחם חמוש בכבדות וכמעט בלתי חדיר של כנופית אופנוענים, הסוחרים בסמים. בינתיים, ווטסון מסייעת לפיונה ובדרך מגלה דבר מה מפתיע על הולמס.

חוקר פטריות הזיה מפורסם וכמה מהסטודנטים שלו, מתים מהרעלת פטריות, ושרלוק לא מאמין שאדם כמותו היה מתבלבל בין פטריות הזיה לפטריות רעל. השכנים של שרלוק עושים המון רעש, וג'ואן נחושה לטפל בבעיה.

זהות אמו של שרלוק מתגלה, ויחסיו המתוחים עם מורלנד מגיעים לנקודת שבירה. בינתיים, שלושה גנגסטרים סיניים נרצחים, וגרגסון נחוש לגלות מי רצח אותם כמה שיותר מהר, בכדי למנוע מלחמת כנופיות.

ווטסון מגלה על מערכת היחסים הסודית של קפטן גרגסון עם שוטרת לשעבר. בינתיים, הומלס חוקר את הרצח של אישה אמידה, שהשאירה את כל הונה העצום אך ורק לכלבה האהוב.

ווטסון והולמס חוקרים את נסיבות מותו של אחיו של הנרי בסקרוויל, שהשמועות טוענות כי נדחף למותו ע"י חיה ענקית וזוהרת, ואגדית מדי בכדי להיות אמיתית.

בחור שהתחפש לגיבור על וסייר בשכונתו כדי להילחם בפשע, נרצח, ושרלוק מנסה לברר מי רצה במותו. מורלנד מבקש מווטסון לברר אם יש בחברה שלו חפרפרת, ושרלוק חושש שזה יסכן אותה.

שרלוק ו-ווטסון חוקרים את היעלמותו של רופא, אשתו טוענת שהוא כלל לא נעדר, אלא ברח עם אישה אחרת, אך שרלוק טוען שהוא לא מתאים לפרופיל של בעל בוגד.

אשה מסתורית המקושרת לאחיו של שרלוק מבקשת מהולמס ומווטסון עזרה כיוון שחייה בסכנה, עד מהרה מתגלה תחום עיסוקה הלא חוקי וג'ואן מפקפקת באמינותה.

צעירה נרצחת ביריות, ומתברר שתמונתה הוצגה בתערוכה של צלם מפורסם, אך נגנבה משם, והצוות מנסה להבין מה הקשר בין הגניבה לרצח. ווטסון נפגשת עם לין, אבל הסיפור שלה הוא לא מה שהיא ציפתה לשמוע.

רצח כפול מוסווה כחטיפת רכב, והצוות מנסה להבין מה הקשר בין הנרצחים, ומי רצח אותם. אמיל קורץ חושד שמורלנד עלה עליו, והוא חושש לחייו.

ווטסון מבינה שהרצח במסעדה הוא הסחת דעת, ונאלצת לספר לשרלוק על מעשיה. מה שגורם לו להיות בטוח בכך שאבא שלו עומד מאחורי הרצח. ומאלץ אותו להתמודד עם המטען הגנטי שהוא ירש ממנו.

ווטסון והולמס עולים על עקבותיו של האדם שעמד מאחורי הנסיונות לפגוע בחייו של מורלנד, אך העקבות מובילים אותם לגילויים מדהימים חדשים.

בפרק סיום העונה, החקירה מגיעה לשיאה כאשר הולמס ו-ווטסון מבינים למרבה הפליאה כי לא העריכו נכונה את השפעתו וכוחו של האויב החדש שלהם שמנסה כעת לנקום בהם.