第二季第一集承接上一季最后一集的剧情，从被炸弹和狙击枪威胁的夏洛克(本尼迪克特·康伯巴奇 Benedict Cumberbatch 饰)和华生（马丁·弗瑞曼 Martin Freeman 饰）和莫里亚蒂(安德鲁·斯科特 Andrew Scott 饰)第一次正式会面开始。 接着夏洛克在接受白金汉宫一份重要委托的案件中遇到了亦正亦邪的神秘女子艾琳·艾德勒(拉娜·普尔弗 Lara Pulver 饰)，一位旗鼓相当的对手，一个使他心动的女子。这一次莫里亚蒂使大众相信夏洛克所有的事迹全是虚构，使之变成一个伪英雄名誉扫地。而为了彻底打垮夏洛克迫使他跳楼，莫里亚蒂竟立刻吞枪自杀，结局到底如何，夏洛克会因此中了他的圈套吗？精彩尽在第二季。

民国时期，国内最大的兵工厂发生离奇命案，死者被“幽灵子弹”所杀——犯罪现场找不到弹头。一时之间，疑云密布，人心惶惶，此案堪称民国第一奇案。此案交由警局内负责管理档案的政务警察松东路调查（刘青云 饰），担任文职的松东路既不会拳脚功夫也不懂如何开枪，却思想缜密，对破疑难杂 案有独特方法。一心为民除害的热血警探郭追（谢霆锋 饰）不容于警局贪污腐败氛围，联手松东路调查此离奇命案。
如何开枪不用子弹？如何让子弹在穿入肉体的时候消失？松东路和郭追在枪和子弹上做了各种各样的研究，包括向猪身体发射盐子弹、冰子弹等等，却没有任何满意的结果。随着案情调查深入，两位警探抽丝剥茧地发现恐怖阴森的杀人密室和离奇的造弹装置，其诡异程度让经验丰富的松东路也瞠目结舌。就在“幽灵子弹杀人”真相揭开之际，松东路、郭追却接二连三遭人追杀，警察小五（井柏然 饰）在开枪掩护松东路、郭追逃亡之时惨死。结案期限迫在眉睫，算命姑娘小云雀（杨幂 饰）不经意间透露出“幽灵子弹”惊天秘密……

无须测谎仪，无须确凿证据，甚至无须声音，多数情况下只凭细微的表情变化便可判断的一个人说谎与否，这便是卡尔•莱特曼博士（Tim Roth 蒂姆•罗素 饰）的高超本领。
莱特曼博士供职于一家私人机构，该机构专事微表情的研究，对谎言的判定具有绝对的权威性。当FBI、警察或者民间机构遇到悬而未决的问题之时，便是莱特曼博士及其团队大展身手的好时候。他们凭借丰富的经验和谨慎的作风戳穿一个又一个谎言，将事实真相还原。在他们面前，任何说谎者都无处遁形。
本片根据真人真事改编。