ホームズの協力者の1人である数学の天才が、死体を発見。ワトソンはキティとの和解を試みる。
ホームズが新しい弟子のキティ・ウィンターを連れてニューヨークに戻ってくる。しかし警察の顧問に復帰するためには、まずワトソンの同意が必要だ。
人工知能ソフトの窃盗犯捜しを依頼されたホームズは、ワトソンに協力を要請。彼自身は「人工知能が存在する」という考えそのものの誤りを立証することに力を注ぐ。
男2人が殺された事件を解決すべくホームズとワトソンは手を組むが、コンビの絆にキティが嫉妬し、捜査はあわや台無しに。
警官が殺害され、ホームズとワトソンはニューヨーク市警と共に捜査を開始。ホームズはさらに、依存症患者の集会における彼自身の発言を盗用している、あるリハビリブログの著者を追う。