Od czasu kiedy dr John Watson (Martin Freeman) zaczął prowadzić bloga, detektywistyczna działalność jego przyjaciela Sherlocka Holmesa (Benedict Cumberbatch) zyskuje coraz większe uznanie. Okaże się, czy poradzi sobie z zakończeniem trzech spraw, m.in skandalu wokół pewnego psa oraz upadku z wodospadu. Watson i Holmes nie zdają sobie sprawy, że ich kroki śledzi wielki wróg detektywa, Moriarty, który zamierza zrobić wszystko, by go zniszczyć.Sherlockowi i Watsonowi udaje się umknąć ze śmiertelnej pułapki, którą zastawił na nich Moriarty. Tymczasem blog Johna staje się coraz bardziej popularny. Dzięki temu duet zasypywany jest zleceniami. Holmes odrzuca większość z nich, uważając je za zbyt trywialne dla jego geniuszu. Na dodatek detektywi stają się obiektem zainteresowania mediów, co nie ułatwia im pracy. Wkrótce panowie otrzymują zaproszenie do pałacu Buckingham, by zająć się sprawą nietypowego szantażu, na którym może ucierpieć reputacja monarchii brytyjskiej. Czeka ich spotkanie z atrakcyjną i niebezpieczną Irene Adler.