يوظّف المحقق شيرلوك هولمز قدرته الفذّة على قراءة الناس وتحليل الجرائم لمساعدة شرطة نيويورك في أصعب قضاياها، برفقة الدكتورة جوان واتسون المكلّفة بمتابعة تعافيه، وأولى قضاياهما جريمة قتل وقعت خلال اقتحام منزل.

شاب يُقتل برصاصة لحظة دخوله شقته، فيوظّف شيرلوك مهاراته في الاستنتاج لكشف ملابسات الجريمة، بينما تتناول واتسون العشاء مع حبيبها السابق تاي مورستان.

يتولى شيرلوك وواتسون قضية اختطاف طفل يقف وراءها قاتل متسلسل يُلقّب بـ«رجل البالونات»، لأنه يترك مجموعة من البالونات في كل مسرح جريمة.

ما يبدو سلسلة جرائم قتل داخل شركة كبرى في وول ستريت قد يضع شيرلوك نفسه في مرمى قاتل معتلّ اجتماعيًا، بينما تذهب جوان إلى موعد مدبَّر مع رجل لا تعرفه وتُظهر حسًّا تحقيقيًا لافتًا.

في مستشفى يموت فيه مرضى ضعفاء ومصابون بأمراض مستعصية وكأنها وفاة طبيعية، يحاول شيرلوك كشف الفاعل، ويعرف في الوقت نفسه المزيد عن سبب ترك جوان لمهنة الجراحة.

تتلقى جوان دعوة على العشاء من والد شيرلوك، بينما يحقق شيرلوك في تحطم طائرة صغيرة ليكشف لغزًا يتجاوز مجرد حادث.

جريمة قتل مزدوجة تحمل أسلوب سلسلة جرائم وقعت قبل 13 عامًا تشغل شيرلوك، بينما تزور واتسون مركز التأهيل الذي أقام فيه لتعرف المزيد عنه، بعدما أقصاها من حياته.

انفجار يودي بحياة شخصين يقود شيرلوك إلى جريمة ظلّت كامنة لسنوات، بينما تحثّه واتسون على اختيار مرشد يرافقه في رحلة التعافي أخيرًا.

يوظّف شيرلوك براعته المعهودة في الاستنتاج لكشف قاتل أستاذ جامعي، بينما تتلقى واتسون اتصالًا من حبيب سابق يحتاج مساعدتها لدحض تهمة دهس وفرار.

حين تُخترق خزنة مصرفية يُفترض أنها عصية على الكسر تُدعى «اللوياثان»، يُستدعى شيرلوك للتحقيق، بينما تتفاجأ جوان بسرور حين يلتقي شيرلوك بعائلتها ويدافع عن اختيارها العمل مرافِقةً للمتعافين.

يحقق شيرلوك وجوان في مقتل المدير العام لفندق فاخر في مانهاتن عُثر على جثته داخل غسالة صناعية، ومع اقتراب انتهاء مهمة جوان، يعرض عليها شيرلوك أن تتدرب على يديه.

يلتقي شيرلوك مجددًا بـ«إم»، المجرم البريطاني الذي يبدو أنه لحق به إلى نيويورك، بينما تتردد جوان في ترك شيرلوك والانتقال إلى عميل جديد.

خلال إيقافه عن العمل مع شرطة نيويورك، يحقق شيرلوك في حادث دهس وفرار مريب ضحيته أحد منظّري المؤامرة، بينما تحاول واتسون إصلاح ما بينه وبين غريغسون.

يطارد شيرلوك المجرم المتقلّب مارتن إينيس قبل أن يضرب مجددًا، ويضطر للعمل مع كاثرين دراموند، محلّلة الـFBI التي ألّفت كتابًا عن إينيس.

حين يأتي ريس، تاجر المخدرات السابق لشيرلوك، طالبًا المساعدة، تقلق واتسون على تعافي شيرلوك بعدما يلمّح ريس إلى أنه كان محققًا أفضل تحت تأثير المخدرات.

بعد الاعتداء على المحقق بيل، يظن شيرلوك أن القضية محسومة، لكنها تأخذ منعطفًا غير متوقع حين يُعثر على المعتدي المشتبه به ميتًا.

رجل ثري محسن يعتقد أن مرضه العضال نُقل إليه عمدًا، فيتولى شيرلوك قضيته، ويحاول في الوقت نفسه تعليم جوان مهاراته في الاستنتاج.

تتولى جوان أول قضية بمفردها حين تختفي زوجة تاركة خلفها مقطع فيديو باكية تذكر فيه جريمة قتل على رصيف مترو.

يحاول شيرلوك وجوان منع سرقة أكبر خزنة نقدية في الولايات المتحدة خلال عاصفة ثلجية قاتلة، بينما يمنح هولمز المأوى للسيدة هدسون.

يطارد شيرلوك وجوان شريك مبتزّ قُتل بعد أن استهدف عائلات ضحايا اغتصاب، بينما يتهرب شيرلوك من الاحتفال بمرور عامه الأول على التعافي.

يستأنف شيرلوك مطاردة موريارتي حين يكشف سيباستيان موران أن رجلًا ظُنّ أنه مات بنوبة قلبية كان في الحقيقة على قائمة ضحايا موريارتي.

يقبل شيرلوك قضية من رجل يدّعي أنه موريارتي، على أمل أن تقرّبه من عدوه اللدود، بينما يحث غريغسون جوان على ترك مجال العمل الخطير الذي اختارته.

تكشف لقطات من الماضي الأحداث العاصفة التي أوقعت شيرلوك في الإدمان، بينما يعود مع جوان لمطاردة موريارتي.

بينما يتعافى من إصابته بطلق ناري، يرفض هولمز المسكّنات وهو يعمل على قضية قطب شحن يوناني تتشابك فيها عملية اغتيال وتلاعب بالعملات، قبل مواجهته الأخيرة مع موريارتي.