עונה חמישית לעיבוד המודרני לעלילותיו של הבלש שרלוק הולמס. העונה, שרלוק ימשיך לעסוק בפתרון הפשעים הכי מסובכים, בעוד ווטסון תפגוש פציינט מעברה כמנתחת - אסיר משוחרר, ותעזור לו בשיקום.

כששרלוק נחטף על ידי ראש כנופייה ונדרש לגלות מי רצח שלושה מחברי כנופייתו והמבריח החביב עליו, הוא נקלע לחקירה סבוכה של גניבת פריט יקר ערך מההיסטוריה הסינית.

כשנודיסט נורה למוות באתר נופש לנודיסטים, מתגלה קשר בין הרצח לחטיפתה של עקרת בית שמוביל לעוד חקירה סבוכה שדורשת את כישוריהם המיוחדים של שרלוק וג'ואן.

לאחר שאנליסט בחברת השקעות נרצח, נראה לכאורה שהרקע הוא פיננסי, אך עד מהרה מתברר שהוא מפתיע הרבה יותר. גרגסון פועל כדי לכלול את ווטסון ושרלוק בצל"ש שהעירייה מעניקה ליחידה שלו.

להולמס ו-ווטסון יש חשודים רבים כשהם חוקרים את הרצח של איש שניהל חיים סודיים כנוקם בעברייני מין. כשעברו הפלילי של שינוול מונע ממנו למצוא עבודה, הולמס חולק על התוכנית של ווטסון לעזור לו.

הולמס ו-ווטסון ניצבים מול חקירה של רצח המוני לאחר ששף ולקוחותיו מורעלים באורח מסתורי. ההתאהבות של הבלש בל בעמיתה לעבודה גורמת להולמס להבין שהקשר שלו עם פיונה ניצב בפרשת דרכים חשובה.

הולמס ו-ווטסון מחפשים שני רוצחים של צנחן שביצע קפיצה מבניין. ג'ואן נוקטת אמצעים דרסטיים כדי לוודא ששינוול לא יישאב בחזרה לחיי הפשע.

ג'ואן חוששת לפיכחות של שרלוק כשהיא מגלה שהוא משקר לה לגבי מפגשי הגמילה. שרלוק וג'ואן מגלים שמותו של אדם שנגרם מבליעת נקניקייה מורעלת קשור לעבודת מעבדה על פריצת דרך בתעשיית הבשר המתורבת.

חבר כנופיה נרצח בשטח של הכנופיה לשעבר של שינוול, ומתברר ששינוול נמלט מהזירה והשליך שם אקדח עם טביעות אצבעותיו. שרלוק משוכנע ששינוול אשם, וג'ואן משוכנעת שהוא חף מפשע, ונחושה להוכיח את חפותו.

סוכן בסוכנות ללוחמה בסמים מאשים את ווטסון שהיא נותנת לנרקומנים מרשמים מזויפים. אז היא והולמס יוצאים לגלות מי האשם האמיתי. שינוול רוצה להיות מודיע משטרתי, ג'ואן עוזרת לו, אבל שרלוק טוען שזאת טעות.

שרלוק גונב טלפון של אדם חשוד, מוצא בו סרטון של אישה חטופה ויוצא למירוץ נגד הזמן כדי להציל אותה. בינתיים, ג'ואן מתוסכלת כאשר שינוול מתעקש להסתדר לבד ולא משקיע בלימודים.

חקירת רצח של ליצן בעיירה קטנה מובילה את שרלוק במקרה לחשיפת מזימה שמסכנת את כל ניו-יורק. מרקוס נקלע לתגרה בבר, שעלולה לסכן את הקריירה שלו ושל החברה החדשה שלו.

אדם שבנו הותקף מנסה במשך שנים לשכנע את הולמס ווטסון לחקור את התקיפה, אך הם עסוקים בעניינים דחופים יותר, עד שבסוף הוא נשבר ועושה מעשה נואש כדי לאלץ אותם לחקור אותה לפני תום תקופת ההתיישנות.

הולמס וד"ר ווטסון חוקרים את מותו של שחקן וידאו מקצועי שמת לאחר שהותקף מול האוהדים שלו במהלך משחק בשידור חי.

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.

מערכת נסיונית לאיתור קולות ירי מאתרת ירי באדם שמואשם בחטיפת אישה, והחקירה מסתבכת בשל שיקולים פוליטיים. שינוול ניצל מהתנקשות ומבקש מווטסון לשכוח מהעניין, אבל שרלוק מתעקש לחקור.

חוקר של רשם הירושות נרצח, והחקירה מובילה לתעלומה סבוכה הקשורה לאוצר פיראטים. שרלוק מנסה לשכנע את ווטסון ששינוול הוא באמת רוצח, אבל היא לא מוכנה להקשיב לו.

Holmes and Watson investigate the murder of a man Sherlock considered one of New York’s worst private investigators. Also, as Holmes stews over being beaten by Shinwell, he decides to take out his aggression by dismantling a local organization of private investigators.

Holmes and Watson get mixed up in murder and magic when they investigate the death of a magician killed while performing a classic stunt. Also, Watson suspects Bell is being targeted by the ex-husband of his girlfriend, Chantal, after a false allegation lands him the middle of an Internal Affairs investigation.

When Detective Bell’s girlfriend, Chantal, is assaulted and her ex-husband is killed soon after, in what Holmes and Watson discover is a staged suicide, they search for one suspect behind the linked crimes. Also, as Bell fights the urge to seek his own brand of justice for Chantal, Sherlock makes a heartbreaking realization about the detective’s past.

מפכ"ל משטרה של עיירה קטנה נרצחת במהלך השתתפות בסדרת מציאות, וחקירת הרצח מובילה לחשיפת פושע מלחמה מאוגנדה. שינוול מבקש מג'ואן עזרה, ולמרות שהיא לא סולחת לו, היא מסכימה, כדי לחסל את אס-בי-קיי.

הולמס ו-ווטסון חוקרים רצח שמכניס אותם לעולמם של אחת הכנופיות הקטלניות ביותר בניו-יורק. בנוסף על כך, התנהגותו של שרלוק הופכת לאי יציבה כאשר הוא יוצר קשר בחשאי עם אישה מסתורית.