接着上一辑，高婕（郭可盈 饰）失忆后离开大勇（陶大宇 饰）返回了加拿大。与爱人天隔一方的大勇思念高婕心切，准备飞往加拿大。正当他准备前往加拿大时，意外得知高婕回港了。原来高婕这次回来是要前往北京去做访问，死心不惜的大勇为了唤醒爱人的记忆跟着她一起来到了北京。高婕在机上遇一个叫罗道风的人，他说认识她，令到高婕以为是他失忆前的朋友，两人于是聊了起来。殊不知一起离奇的命案就起源这一次无心的聊天！大勇这次上北京本来准备挽回高婕的爱情，岂料在北京他们却意外卷入了一起离奇的真假高婕杀人案。

本季延续《神探夏洛克第二季》的剧情，在莱辛巴赫坠楼案两年后，华生（马丁·弗瑞曼饰）努力让生活重新步上正轨，集美丽与智慧于一身的玛丽·摩斯坦（阿曼达·艾宾顿饰）将与华生一同步入和谐浪漫的人生新阶段。然而此刻，夏洛克（本尼迪克特·康伯巴奇饰）却上演复活戏码，虽然这是华生祈祷已久的愿望，但当愿望实现时，他还是无法坦然面对一切。这一次，夏洛克和华生需要解决伦敦街道下神秘的阴谋、婚礼上突如而来的意外，及面对恶名昭彰且阴险的勒索之王——查尔斯·奥古斯都·马格努森（即原著米尔沃顿，拉斯·米科尔森饰）。夏洛克回来了，但一切还和以前一样吗 ？