奥地利皇储突然自杀案件，让沉寂6个月的福尔摩斯（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）再次启动。这次，福尔摩斯有了一个强有力的对手——智力上与福尔摩斯相当的莫里亚蒂教授（杰瑞德·哈里斯 Jared Harris 饰）。为了调查清楚皇储的自杀案件，福尔摩 斯与华生（裘德·洛 Jude Law 饰），在吉普赛占星师西姆（劳米·拉佩斯 Noomi Rapace 饰）的帮助下，和莫里亚蒂展开了在整个欧洲大陆上的较量，从英国到法国、德国……虽然被称为最聪明的人，但是莫里亚蒂教授仿佛能预知福尔摩斯的行踪，都能先一步福尔摩斯逃之夭夭。莫里亚蒂教授死亡名单上的人一个个被抹杀，历史可能就此被改编，面对如此强大的对手，福尔摩斯如何应对？

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。

故事发生在1947年的英格兰，名声远扬的大侦探福尔摩斯（伊恩·麦克莱恩 Ian McKellen 饰）如今已是93岁高龄的老人了，晚年期间，他过着离群索居的生活，陪伴在他身边的只有管家芒罗夫人（劳拉·琳妮 Laura Linney 饰）和她的儿子罗杰（米罗·帕克 Milo Parker 饰）。
虽然已经不再过问江湖中的种种纷纷扰扰，但是对于福尔摩斯精彩的一生来说，仍旧有一些未解的谜团令他耿耿于怀。日渐僵硬的身体，每况愈下的记忆力和推理能力让他越发的意识到，现在，此刻，是他解开这些谜团的最后机会了。就这样，在缺少了老搭档华生的情况下，福尔摩斯独自开始了他的最后一次推理。

《神探夏洛克》第四季将于2017年元旦回归BBC1，本季依旧为三集，标题分别为： 第一集：六座撒切尔像（The Six Thatchers）：编剧为Mark Gatiss，导演为Rachel Talalay； 第二集：倒下的侦探（The Lying Detective）：编剧为Steven Moffat，导演为Nick Hurran； 第三集：最后的谜题（The Final Problem）：编剧为Mark Gatiss和Steven Moffat，导演为Ben Caron。