홈즈는 그의 숙적 모리아티 교수를 사형대에 세우지만 모리아티를 추종하는 조력자들의 계략하고 모리아티는 현장에서 탈출한다. 홈즈는 모리아티를 찾으려 혈안 돼 있고, 그때 홈즈의 형 마이크로프트가 도난당한 국가 기밀문서와 관련된 사건을 맡아달라고 한다. 홈즈는 모리아티를 잡아야 해서 안 된다고 거절하지만 마이크로프트까지 납치당하고 결국 배후에 모리아티가 있다는 사실이 밝혀진다. 홈즈는 형님을 구하기 위해 계획을 세우지만 어떻게 된 일인지 모리아티는 항상 그의 계획을 알고 있고 부스 대령이 첩자라는 사실을 알게 된 홈즈는 그를 이용해 모리아티를 찾는 데 성공한다. 형을 구했지만 모리아티는 달아났고 홈즈의 거짓 장례식에 다시 나타난 모리아티. 이 모든 걸 알고 있던 홈즈와 격렬한 싸움 끝에 모리아티는 호수에 빠지지만 그렇게 그는 시신도 없이 사라진다.