该剧讲述了福尔摩斯曾经是英国著名的咨询侦探，华生曾是事业有成的外科医生，福尔摩斯的父亲专门找了一个名叫琼·华生的女人给福尔摩斯当「戒毒陪护」，确保他不走回头路。华生一开始认为夸夸其谈的福尔摩斯只不过是在吹牛，但很快改变了看法。最后两人合作破案。

逃离戒酒机构后，歇洛克·福尔摩斯为自己拟定了一套康复计划：他要继续担任警方的刑侦顾问，只不过这一次……是在大西洋彼岸的纽约城。现任NYPD的警长Tobias Gregson是福尔摩斯在苏格兰场认识的老熟人，这也为他顺利进入纽约警署工作提供了便利。他的父亲专门找了一个名叫琼·华生的女人给福尔摩斯当「戒毒陪护」，确保他不走回头路。福尔摩斯一开始对父亲的决定很抵触，但父亲已经下了死命令：如果你不答应我的条件，我就不让你住我的房子！身无分文的福尔摩斯在异国他乡无处容身，只好答应父亲的条件。更何况身边有个人说话总是件好事——福尔摩斯是个绝顶聪明的人，他特别喜欢把自己的聪明在别人面前表现出来。华生一开始认为夸夸其谈的福尔摩斯只不过是在吹牛，但很快改变了看法。例如：著名心理学家Richard Mantlo（Dallas Roberts）的妻子失踪了，房间里有明显的「外人闯入」痕迹。福尔摩斯用他独有的敏锐洞察力发现这根本不是失踪案，受害人的尸体就在房间里——在一间密室里。警方立即将受害人的丈夫列为头号嫌疑人，但福尔摩斯对警方观点持反对意见。他决定自己去寻找线索。

福尔摩斯和华生一起参加互助会，福尔摩斯心不在焉，互助会结束后，他向华生讲述了「阁楼理论」。华生告诉福尔摩斯她晚上会和朋友见面，福尔摩斯必须自己单独待两个小时。福尔摩斯接到警长Tobias Gregson的电话，发生了一起谋杀案。一名男子额头中枪被枪杀在自己家门口，因为钱包和手表都不见了，抽屉也被翻过，Bell警探认为是窃贼偷盗时被发现然后杀人。福尔摩斯却发现这并不是一起抢劫杀人案而是抢劫和杀人案，两个案子两个犯人。福尔摩斯立刻找出了抢劫案的犯人就是死者的邻居也就是报案者。从报案者的口供中，警方找到了一个女嫌疑犯，奇怪的是嫌疑人已经在医院昏迷了三天，所以不可能杀人，而且嫌疑人的双胞胎妹妹同样也不是凶手。就在福尔摩斯疑惑不解时，又一个受害者出现了，同样的作案手法。福尔摩斯又一次被华生带去参加互助会，华生威胁福尔摩斯不许他再次神游，他被迫同意了却在下一个发言者的言论中发现了破案的关键。案子结束后，华生对福尔摩斯的了解也加深了，她认为福尔摩斯是在自我惩罚，福尔摩斯没有否认。也许是华生说的话起了作用，福尔摩斯终于又拉起了小提琴。

福尔摩斯花整晚研究一个外号叫做“气球男”的连环绑架犯的案子，他在七年内绑架了七个孩子，第七个小女孩Mariana是昨晚才被绑架的。警长打电话叫福尔摩斯去帮忙，福尔摩斯发现小女孩的父亲有一个情人，而且昨晚他就是去私会情人才会让Mariana被绑架。那个情人看到了绑架Mariana的那辆车，经过调查发现开车的人竟然是七年前第一个被绑架的孩子Adam。警方找到了Adam，但是他却什么也不说，福尔摩斯认为他是刻意袒护凶手。但是福尔摩斯还是找到了凶手的真实身份。在警方答应Adam签下完全豁免条款后，Adam告诉了警方凶手的藏身点，警方找到并且救出了Mariana，而凶手却自杀了。案子看似结束了，但是福尔摩斯却觉得更加疑惑了。最终福尔摩斯找到了真正的真相。