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？

　　雷维尔是名医生，他的妻子被杀害了，在葬礼上他遇到了负责侦探这个案件的警官，他追问警官何时破案。然后这个凶杀案最后却变成了没有线索、没有凶手的无人问津的案子，没人再管。雷维尔思念妻子也更想弄明白妻子的死因。一次尸检，他发现了藏在死者身上的一枚钥匙，这个死者叫乔纳森，死于自杀。他凭着这把钥匙，追寻一路，发现了很多的秘密，也发现了和妻子被杀案有关的线索。这时乔纳森的女儿出现了，她为了探寻父亲的死因也和雷维尔一起开始侦查，经过了很多紧张、扣人心弦的经历之后，雷维尔发现了惊人的秘密，原来乔纳森不是自杀，而是被他的女儿杀害的。当乔纳森的女儿知道雷维尔已经察觉时，便想要杀了雷维尔，却被雷维尔杀死。雷维尔进了监牢，再次遇到侦探妻子案件的警官，一切像是设计好的局，雷维尔落入圈套。

　　戴斯蒙德·凯恩（Desmond Caine） 连续性失眠已经长达十个月了，他每晚在街头闲逛来消磨时间。一个晚上，他目击了一起凶杀案，由此引发了一系列奇怪的事件。