英国警探莱斯特雷德坚信负责调查的案件中玛丽之死与其夫劳伦斯有关，但劳伦斯强大的背景令莱斯特雷德身处险境。

夏洛克·福尔摩斯应霍普金斯警长的邀请回英国帮忙破案，在英国故居夏洛克遇到了与其不合的哥哥迈克罗夫特。夏洛克在劳伦斯的家里发现了面具后面的铁钉，更因此调查出劳伦斯的勤杂工购买过3D打印机，而这时勤杂工却死于家里……

福尔摩斯和华生来到伦敦调查一起尚未侦破的悬案，同时追踪一名往日的导师。与此同时，福尔摩斯与素来关系疏远的兄弟Mycroft(Rhys Ifans)重聚，但Mycroft似乎隐藏了一些秘密。