연관성이 없어 보이는 네 개의 자살 사건들이 분홍색 옷을 입은 여성의 죽음으로 통해 의문점을 남긴다. 셜록 홈즈는 타고난 추리력을 사용하여 죽음의 자살이 타살임을 입증하기 위해 단서를 모으고 범인을 추적한다.

왓슨은 셜록 홈즈와 집을 나눠쓰며 새로운 삶을 시작한다. 셜록은 자살처럼 위장된 기이한 사건을 해결하기 위해 은행을 방문하고 왓슨으로 하여금 긴장하게 만든다. 셜록은 숨겨진 코드를 풀기 위해 관계자들을 비롯한 범행 공간을 샅샅이 살펴본다.

런던 범죄자들의 독창성으로 인해 절망한 셜록은 평범해보이는 사건을 통해 배후자의 존재를 깨닫는다. 셜록은 갇힌 아이를 구하기 위해 사람들이 죽은 이유를 발견하고 그림이 위조라는 사실을 증명한다.

셜록은 왕실에서 발생한 스캔들로 인해 어려운 재치 겨루기에 놓인다. 셜록은 자신에 대한 정체와 사건을 알고 있는 아들러 부인을 만난다. 저택에 잠입한 셜록은 침입자를 마주하고 금고의 비밀번호를 풀도록 강요받는다.

지옥에서 온 사냥개의 미스터리를 해결하기 위해 다트무어로 향한다. 수사를 진행하던 중 무리에서 떨어진 왓슨은 사건의 실마리를 제공할 모스부호와 미스터리한 사냥개의 소리를 확인한다. 추가적인 단서를 위해 연구소에 잠입한 왓슨은 갇히게 되고 사냥개의 존재를 감지한다.

셜록은 자신의 가장 큰 적인 모리아티와의 전투를 준비한다. 연구원 몰리는 셜록의 수상한 행동으로 인해 그의 죽음을 예견한다. 마지막 단서를 발견한 셜록은 감금된 아이들의 위치를 발견하지만 범죄자로 의심받기 시작한다.