英國警探萊斯特雷德堅信負責調查的案件中瑪麗之死與其夫勞倫斯有關，但勞倫斯強大的背景令萊斯特雷德身處險境。

夏洛克·福爾摩斯應霍普金斯警長的邀請回英國幫忙破案，在英國故居夏洛克遇到了與其不合的哥哥邁克羅夫特。夏洛克在勞倫斯的家里發現了面具后面的鐵釘，更因此調查出勞倫斯的勤雜工購買過3D打印機，而這時勤雜工卻死于家里……

福爾摩斯和華生來到倫敦調查一起尚未偵破的懸案，同時追蹤一名往日的導師。與此同時，福爾摩斯與素來關系疏遠的兄弟Mycroft(Rhys Ifans)重聚，但Mycroft似乎隱藏了一些秘密。