אחרי שפענחה בהצלחה מרשימה את המקרה הראשון שלה, אנולה הולמס (מילי בובי בראון) מחליטה ללכת בעקבות אחיה המפורסם שרלוק (הנרי קאוויל) ולפתוח סוכנות משלה. אבל מהר מאוד המציאות המרה טופחת על פניה והיא מגלה שהחיים כבלשית הרבה יותר קשים מכפי שחשבה. בדיוק כשהיא עומדת להרים ידיים ולסגור את הסוכנות, מוכרת גפרורים חסרת כל מציעה לה את העבודה הרשמית הראשונה שלה: למצוא את אחותה שנעלמה. החקירה מתגלה כסבוכה יותר מהצפוי ואנולה מוצאת את עצמה בעולם חדש ומסוכן – מהמפעלים האפלים ואולמות התיאטרון הצבעוניים של לונדון ועד לחברה הגבוהה של העיר ולרחוב בייקר 221 בי הידוע. בעקבות סימנים לקנוניה קטלנית, אנולה מגייסת את חבריה – ואת שרלוק בכבודו ובעצמו – כדי לפענח את התעלומה. המשחק מתחיל שוב!