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…

נמצא אדם שנורה בשתי עיניו, והולמס חושד שמדובר בשוד שהשתבש בקזינו לא חוקי. בינתיים, חבר לשעבר של ווטסון פונה אליה לעזרה לאחר שהסתבך בפלילים. בהתחלה היא מסרבת, אך לאחר שהיא…

שרלוק נקרא לגלות איך נפרצה כספת שלכאורה חסינה בפני פריצה. אחיה של ג'ואן מגיע לניו-יורק וג'ואן ושרלוק מוזמנים לארוחה בחברת כל המשפחה שלה. ג'ואן לא מרוצה מהרעיון ושרלוק עושה קולות…

הולמס מנסה לגלות למה מטען קטלני התפוצץ ארבע שנים לאחר שהיה אמור להתפוצץ. ווטסון מעודדת את הולמס לקבל את החונך שיחליף אותה כשהיא תעזוב אותו.

הולמס חוקר את האפשרות שרוצח סדרתי חזר להכות כעבור 13 שנה. ווטסון לומדת עוד על הולמס דרך שיחות עם אנשים שאיתם היה בקשר בעבר.

מטוס מתרסק באזור ניו -יורק, והולמס חושד שההתרסקות לא הייתה תאונה אלא נגרמה עקב רצח. אביו של הולמס מודיע שהוא מגיע לביקור, ו-ווטסון נחושה להיפגש איתו כדי לדעת יותר על…

שרלוק חוקר עם ווטסון את פרשת מותו של מנהל בכיר בוול סטריט ממנת יתר של הרואין. ווטסון יוצאת לדייט עם גבר שידידה שלה הכירה לה.

הולמס מתחיל לחשוד שמשהו לא כשר מתרחש בבית חולים שבו פציינטים מתים לכאורה בנסיבות טבעיות. במקביל, הוא מנסה לברר יותר על הסיבות שהובילו את ווטסון לעזוב את עבודתה הקודמת כמנתחת.

שרלוק ושותפתו ווטסון מתחקים אחר עקבותיו של חוטף ורוצח ילדים סדרתי. העניינים מסתבכים כשהקורבן הראשון שלו מחולץ לאחר שהתגורר עם החוטף במשך עשור.

הולמס חוקר את הרצח של צעיר שנורה בעת שנכנס לדירתו, בעוד ווטסון נפגשת עם האקס שלה לארוחת ערב.

מותחן מודרני אודות הבלש הכי מפורסם בעולם, שרלוק הולמס. הולמס מפצח את המקרים הקשים ביותר של משטרת ניו-יורק בעזרתה של ד"ר ג'ואן ווטסון, מלוות הגמילה שלו.