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2010년 7월 BBC One에서 방영을 시작한 추리물. 아서 코난 도일의 셜록 홈즈 시리즈를 원작으로 현대적으로 재구성하였다. 아프가니스탄에서 군의관으로 복무 중이었으나, 전투 중 부상을 입고 의병 제대한 후 존 왓슨은 우연히 만난 옛 친구 마이크 스탬포드를 통해 셜록 홈즈를 소개받고 허드슨 부인이 세를 놓는 방에 함께 사는 룸메이트가 된다. 과거 허드슨 부인에게 도움을 준 인연으로 그녀의 건물에 세들어 있는 셜록은 자신을 고기능 소시오패스라고 당당하게 공인하는 괴짜 탐정. 왓슨은 얼떨결에 셜록의 조수 역할로 미스테리한 살인 사건 수사에 동참하는데...
아프가니스탄에서 부상을 입은 채 영국으로 돌아온 군의관 존 왓슨. 전쟁의 기억을 떨치지 못한 채 괴로운 나날을 보내고 있던 왓슨은 우연히 천재탐정 셜록 홈즈를 알게 되고 그의 룸메이트가 된다. 그리고 자신의 법의학 지식을 바탕으로 홈즈의 고문역할을 하게 된다. 한편 런던에서는 의문의 자살 사건이 이어져, 사회가 혼란에 빠진다. 홈즈는 이 사건들이 자살이 아닌 살인임을 자신하며 왓슨과 수사에 나서게 된다.
셜록은 한 친구로부터 한 은행 침입사건을 해결해달라는 부탁을 받는다. 조사 결과 침입자는 아무것도 훔치지 않았으며, 단지 벽면에 의문의 기호를 그려놓고는 사라진 것으로 드러났다. 그러나 수사 도중 한 은행직원의 시체가 발견되고, 셜록은 일련의 사건들이 중국 밀수조직과 연관된 것임을 밝혀낸다.
홈즈의 하숙집 근처에서 폭탄 테러가 발생한다. 폭발 현장엔 한 금고가 놓여있었는데, 그 안에는 홈즈에게 보내는 폭발범의 메시지가 있었다. 그건 바로 인질의 목숨을 두고 자신과 두뇌 싸움을 벌여 보자는 것. 이제 홈즈는 12시간 안에 범인의 수수께끼를 풀어 인질의 목숨을 살려야 하는 급박한 처지에 놓이게 된다. 그러나 범인은 홈즈를 궁지에 몰아넣기 위한 또 다른 음모를 꾸미고 있는 중인데...
셜록과 왓슨은 버킹엄 궁으로 불려가 한 왕족과 관련된 민망한 사진들을 찾아 달라는 의뢰를 받는다. 셜록은 하루면 해결할 수 있다고 큰 소리 치지만 아이린 애들러란 호적수를 만나 굴욕만 당한다. 여자를 우습게 아는 셜록을 굴복시켜 그의 마음 속에 그 여자로 남게 된 아이린 애들러. 비밀 정보가 가득한 휴대폰을 사이에 놓고 두 사람 사이에 불꽃 튀는 머리싸움이 시작된다.
수사할 사건은 없고 담배마저 피울 수 없어 금단증상을 보이는 셜록의 집에 마침내 의뢰인이 찾아온다. 어릴 적 아버지를 잃은 의뢰인은 아버지를 죽게 만든 것이 지옥에서 온 괴물 개라며 괴로워하고 셜록과 존은 괴물 개가 출몰했다는 다트무어 황무지에 간다. 그런데 황무지에 다녀온 셜록은 극도로 예민해져 존과 말다툼까지 벌이는데... 과연 셜록은 그 곳에서 무엇을 본 것일까?
터너의 그림 라이헨바흐 폭포 도난사건을 해결한 셜록은 라이헨바흐의 영웅이란 별명을 얻으며 인기 탐정이 된다. 밀려드는 사건 의뢰에 바쁜 나날을 보내던 그에게 어느 날, 숙적 모리아티가 돌아왔다는 소식이 전해진다. 대담한 범죄로 세상을 떠들썩하게 만든 모리아티는 셜록에게 두 사람 사이의 마지막 문제를 풀 때가 왔다며 도전장을 던진다.
전 시리즈에서 추락사로 모습을 감춘 셜록. 이번 시즌은 끔찍했던 2년 전 라이헨바흐 폭포 사건 이후 평범한 일생 생활을 보내고 있는 존 왓슨 박사와 함께 시작한다. 스릴과 모험이 가득 찬 지난 2년과는 다른 새로운 날들, 새 연인과 안정된 삶을 살아가는 왓슨. 하지만 런던의 거리는 여전히 테러리스트들의 위협으로 가득 차 있다. 한편 자연스럽게 자신을 사망으로 위장하고 살았던 셜록 홈즈가 드디어 누구보다도 셜록이 돌아오길 간절히 바라던 왓슨 앞에 나타난다. 하지만 셜록은 왓슨이 알던 2년 전의 그가 아니다.
셜록은 일생 일대의 임무를 맡았다. 바로 왓슨 부부 결혼식에서 신랑 들러리 연설을 부탁 받은 것. 하지만 탐정 셜록의 일상에 평범함이란 없다. 행복해야 할 신혼부부의 결혼식에 치명적인 살인 위협이 서서히 다가오는데... 과연 천재적인 탐정, 셜록은 살인자의 계획을 수사하는 것과 동시에 왓슨의 행복한 결혼식 연설을 무사히 마칠 수 있을까?
편지 도난 사건에 착수한 셜록. 그러나 그것은 평범한 도난 사건이 아니었다. 셜록은 수사 과정에서 그의 숙적이자 협박의 대가, 찰스 어거스터스 마그누센과 마주하게 되는데... 서부의 모든 주요 인사들의 사적인 비밀을 쥐고 있는 찰스. 과연 셜록은 서부의 거물 찰스에게 맞서 어떤 추리를 펼칠 것인가?
셜록은 모리아티가 사후에 벌이는 만행을 맞닥뜨리게 된다. 어느 날, 미스터리한 사건이 일어나 런던 경찰국을 한바탕 뒤집어놓지만 정작 셜록은 전 총리인 마가렛 대처의 사진을 훼손시키는 정체불명의 사람에게 관심을 가진다. 정신이상자가 벌이는 단순한 해프닝인 것인가, 아니면 알 수 없는 베일에 싸인 어두운 음모인 것인가. 메리 왓슨의 비밀스러운 과거와 이어지는 의문의 연결고리가 드러나는데...
스티븐 모팻이 집필한 2화에서는 셜록이 자신의 탐정 인생 최대의 숙적을 마주한다. 어두운 음모와 비밀로 가득한 컬버튼 스미스의 등장은 셜록을 옭죄어 오고, 절친이자 동반자와도 같았던 존 왓슨과 멀어진 셜록은 지옥 같은 시간을 보내게 된다. 연이어 힘겨운 국면을 맞이한 셜록은 과연 어둠의 구렁에서 빠져 나와 제 삶을 되찾을 수 있을 것인가?
호젓하게 취미생활을 즐기던 마이크로프트에게 뜻밖의 방문객이 찾아온다. 갑작스럽게 되살아난 과거의 기억! 불안함을 느낀 마이크로프트는 셜록에게 도움을 청하고. 셜록 일행은 봉인돼 있던 비밀을 풀기 위해 낯선 곳으로 모험을 떠난다.