ווטסון והולמס יוצאים לחקור מי מבין לקוחותיו של מנהל קרנות בכיר, שהפעיל הונאת פונזי גדולה, אחראי למותו. בינתיים, הולמס שוקל להיות ספונסר של מכור לשעבר.

כשחקירה של שרלוק משתבשת ומובילה לאסון, עליו להעיד בבית המשפט, מה שמעמיד את עתידם של ווטסון ושרלוק בסכנה.

הולמס ו-ווטסון חושפים את זהותו של רוצח סדרתי, שהתיק שלו הוקפא. כעת מוצאים עצמם השניים מתמודדים על המקרה מול משטרת ניו יורק שמאיימת לקחת אותו מידיהם.

אחיו של שרלוק מגיע לניו-יורק, ומגייס את שרלוק ו-ווטסון לעזור לו לפתור מקרה בה מעורבת ארוסתו לשעבר. כשמערכת היחסים בין שני האחים נראית מתוחה, ווטסון מגלה כי ארוסתו לשעבר של…

כשצעירה יפהפייה נרצחת, הולמס ו-ווטסון חוקרים את מערכת היחסים שלה עם מנכ"ל מיליארדר. בינתיים, מייקרופט מנסה לשכנע את שרלוק לעבור ללונדון.

קפטן גרגסון מאפשר לווטסון ולהולמס להיכנס לביתו הפרטי, לאחר שפולש חמוש חדר לביתו. בינתיים, ווטסון והולמס מתחילים לחקור את המקרה ומגלים תפנית מפתיעה בחקירה.

הולמס ו-ווטסון מוצאים את עצמם חופרים בעולמה האפל של המאפיה כדי למצוא רוצח מסתורי. בינתיים, ווטסון עוזרת לחברה קרובה לאתר את גבר חלומותיה.

ווטסון והולמס נקראים לחקור רצח של יו"ר חברת ייעוץ פיננסית שהורעל למוות. בינתיים, אישה מעברו של הולמס מתגלה כחשודה אפשרית.

ווטסון והולמס יוצאים לאתר קבלן אזרחי שאחראי להדלפת מידע מסווג, אך קבוצת פעילי סייבר מנסה לעצור אותם. בינתיים, גואן מקבלת עצה מחברה ונרשמת לאתר הכרויות.

בפתח העונה, שרלוק ו-ווטסון נוסעים ללונדון כדי לחפש בלש שעבד עם שרלוק, ומסייעים לו עם החקירה שבגללה הושעה מהסקוטלנד יארד. במקביל, אחיו של שרלוק שב לחייו.

הולמס ו-ווטסון יוצאים לפתור רצח מסתורי של גאון מתמטיקה ומגלים כי הוא עבד על נוסחה מסתורית, וכעת הם מנסים למצוא חשודים. בינתיים, ווטסון מבולבלת כאשר בנו של מטופל לשעבר שלה…

פרק 24 ואחרון לעונה. מוריארטי דוחקת בהולמס לתת לה לנצח. הולמס עולה על קשר בין מוריארטי למצב פוליטי במקדוניה ומנסה במקביל למנוע את הרצח הבא שמוריארטי מתכננת.

פלאשבקים חושפים מה הוביל להתמכרותו של שרלוק הולמס לסמים. שרלוק המום מהופעתה המחודשת של איירין אדלר ולא בוטח ביכולתו לפענח את הפרשה.

אדם הטוען שהוא מוריארטי שוכר את הולמס כדי לפענח רצח. גרגסון לוחץ על ווטסון לחזור לעבודה כמדריכת גמילה במקום להיחשף לסכנות שבעבודה עם הולמס.

נמשך המצוד אחר מוריארטי, לאחר שסבסטיאן מוראן מספר לשרלוק הולמס שאדם שמת מהתקף לב לכאורה היה למעשה קורבן של מוריארטי. הולמס מגלה שאנשים נוספים עומדים להירצח לפי הדפוס הזה.

הולמס ווטסון מחפשים שותף של סחטן כספים שנרצח לאחר שאיים להפיץ סרטים של קורבנות אונס. שרלוק מסרב לחגוג את יום השנה לגמילה שלו מסמים.

על רקע סופת שלגים כבדה, שרלוק וג'ואן מנסים למנוע שוד של אחד מחדרי הכספות הגדולים בארץ. שרלוק עושה כמיטב יכולתו לנחם טרנסג'נדרית עם לב שבור.

שרלוק נותן לווטסון לחקור היעלמות של אישה שעזבה את בעלה ומאז לא שמעו ממנה. במקביל, שרלוק חוקר מי דחף אישה מול הרכבת התחתית. החברים של ווטסון דואגים לה ועורכים לה…

הולמס חוקר פרשה שבה נדבן עשיר מאמין שהורעל בכוונה כדי לגרום לו מחלה חשוכת מרפא. הולמס שולח את ג'ואן למכבסה חשודה כדי ללמד אותה מיומנויות של הסקת מסקנות.

לאחר שהבלש בל שורד מירי על מכוניתו והחשוד בירי נרצח בהמשך, הסימנים מצביעים על הבלש כחשוד ברצח על רקע נקמה. הקשר בין הולמס ווטסון מגיע לנקודת מפנה.

רוצח סדרתי היושב בכלא מתאשפז בבית חולים ומנצל את ההזדמנות כדי לתקוף את שומריו ולברוח. מתברר שיש לו עניין אישי מול סוכנת האף-בי-איי שאחראית ללכידתו, ויתר על כן, מתברר שגם…

הולמס מנסה לגלות מי חטף את בתו של ספק הסמים שלו לשעבר, ריס. ווטסון חוששת לפיכחותו של הולמס כשריס טוען שהולמס היה בלש טוב יותר כאשר הוא השתמש בסמים.

בעודו מושעה מתפקידו כיועץ למשטרת ניו-יורק, הולמס לא יכול להתאפק מלחקור את מותו של הוגה תיאוריות קונספירציה, ונתקל בתוך כך בשרשרת רציחות הקשורה לענייני ביטחון לאומי.

שרלוק מגלה כי רוצח סדרתי, שעל עקבותיו הוא דלק בלונדון, הגיע לניו-יורק. הולך וגובר החשש שיש לו עניין אישי בשרלוק עצמו. ווטסון חושבת שכדאי להאריך את משך שהותה עם שרלוק.

שרלוק ו-ווטסון חוקרים את פרשת רציחתה של מנהלת מלון בשם טרי פרסל, שגופתה נמצאה בתוך מכונת כביסה במלון שלה. רובד אחר רובד נחשפים בחקירה עוד ועוד סודות אפלים שהנרצחת לא…