משפחת המלוכה נמצאת בסכנה בעקבות הופעתן של מספר תמונות מביכות. שרלוק חוקר את המקרה, ומגלה קשרים לארגוני טרור בינלאומיים ושחיתות בממשלת אנגליה. כדי למנוע סקנדל, על שרלוק לנצח את איירין אדלר, אישה מבריקה בדיוק כמוהו, ולהשיג מידיה את הטלפון הנייד שלה, המכיל סודות עסיסיים עד כדי קטלניים.

אדם טוען כי אביו נהרג ע"י יצור מפלצתי בדרטמור, ומבקש משרלוק הולמס את עזרתו. שרלוק וג'ון נוסעים לבסקרוויל ומנסים לרדת לעומק הניסויים הסודיים שנערכים בו. כשהם מגיעים כדי לחקור את המקרה, הם מגלים בסיס צבאי סודי אשר יכול להיות קשור למקרה המוות.

שרלוק, שהתפרסם ברבים בזכות הצלחותיו, מתמודד עם התקשורת שלא מניחה לו, ועם פושע גאון - מוריארטי שמו, שבידו מפתח ממוחשב לפתיחת כל דלת או מערכת אבטחה. שרלוק חייב לגלות מה הצעד הבא של יריבו ולעצור בעדו, בעוד המוניטין שלו וחייו נמצאים תחת סכנה.