شرلوک هولمز با پرونده‌ای شوم روبه‌رو می‌شود که جان دوستانش را به خطر می‌اندازد. آملیا، دختری آمریکایی، پس از قتل مادرش به امید یافتن پدرش وارد ماجرا می‌شود. با وجود تفاوت‌هایی که با یکدیگر دارند، آن دو موفق می‌شوند پرده از یک توطئه بردارند و راز قتل مادر آملیا را فاش کنند.
قسمت 1شرلوک هولمز که تحت باج‌خواهی قرار گرفته و از تحقیق در پرونده کنار گذاشته شده، زمانی بارقه‌ای از امید می‌یابد که دختر جوانی به خانه‌اش می‌آید؛ دختری که شاید کلید حل معمای ربوده شدن دختر یک سفیر را در دست داشته باشد.
قسمت 2در حالی که شرلوک به دنبال یک کالسکه‌ی دزدیده شده می‌افتد، آملیا را برای انجام تحقیقی در سراسر لندن می‌فرستد؛ اما آملیا مسیر خودش را دنبال کرده و با تکیه بر شهودش به پاسخ‌ها نزدیک‌تر می‌شود — هرچند به خطر نیز بیش از پیش نزدیک می‌شود.
قسمت 3آملیا برای یافتن سرنخ، مخفیانه وارد خانه کلارا می‌شود؛ شرلوک نیز به بهانه دیدار با دشمن همیشگی‌اش، موریارتی، به زندان می‌رود.
قسمت 4امیلیا پس از برخورد با مردی جذاب و مسلح، جزئیاتی را از هولمز پنهان می‌کند، اما زمانی که تحقیقات او به ماجرایی مرگبار ختم می‌شود، شرلوک مجبور می‌شود وارد عمل شود.
قسمت 5شرلوک به دنبال جواهرات گمشده و ارتباط آن‌ها با آدم‌ربایی دوستانش می‌گردد؛ او برای کمک، به سراغ بازرس بیمه، برتویسل، می‌رود.
قسمت 6در حالی که شرلوک و آملیا در تلاش‌اند تا دشمنانی را که از هر سو آن‌ها را احاطه کرده‌اند شناسایی کنند، هولمز دِینی را به قدیمی‌ترین دشمن خود ادا می‌کند و دیداری ترتیب می‌دهد میان
قسمت 7پس از رمزگشایی شبکه ارتباطی «نخ سرخ»، شرلوک با جدیت در پی یافتن قربانیان آدم‌ربایی است؛ رد پاهایی را دنبال می‌کند که او را تا خزانه‌های بانک انگلستان می‌کشاند.
قسمت 8شرلوک و آملیا که نقاب از چهره سندیکای نخ قرمز برداشتهاند، باید در مورد انتظارترین جشن اولین حضورشان در فصل، با دشمنانشان روبرو شوند.
