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