標題：The?Scandal?In?Belgravia（貝爾格萊維亞丑聞）?
第二季第一集承接上一季最后一集的劇情：正當Moriaty和Sherlock處于生死相搏之時，Moriaty的手機響了，他接到了一個神秘的電話，不得不放棄和Sherlock的博弈，而電話的另一頭，一個妖嬈女人的手出現在畫面中，她手上似乎掌握著Moriaty十分想要的東西。
Sherlock回到貝克街，和John又處理了很多案子，由于John的博客，Sherlock漸漸成為了“網絡紅人”，越來越多的人來尋求幫助，但是大部分的案子十分無聊。一天一個昏倒在貝克街的男子給他們帶來了一個驢友之死的案子。Sherlock認為這個案子的程度不足以他出門，于是John就代替他去看現場。正在兩人視頻交流的時候，貝克街來了不速之客，他們要求Sherlock換上正裝去一個地方，與此同時，John那邊也來了一架直升飛機接他。原來是Mycroft派人接他們去白金漢宮，那里有一位位高權重的委托人。那位位高權重之人有不雅照片落到了一個叫做艾琳·艾德勒（Irene·?Adler）的女人手里，Mycroft要求Sherlock把照片找回來。與此同時，Irene也收到了Sherlock的照片。
Sherlock裝扮成被人搶劫混進Irene的家里，看見了全裸的Irene，Irene開門見山點出Sherlock的身份和來意。John在門口觸發火警，Irene驚慌下看向室內的鏡子，讓Sherlock發現保險箱所在，正當Sherlock要破解密碼時，幾個帶槍的美國人闖進來，逼Sherlock打開保險箱。Sherlock和Irene、John配合制服敵人，并乘亂順走了保險箱里存貯著秘密手機，但是隨即被發現。Irene給Sherlock注射了昏迷劑然后逃走。雖然Sherlock在這次碰面中吃了不小的虧，但是兩人在聊驢友之死一案的時候覺得“英雄惜英雄”，產生好感。
Mycroft發現美國情報局插手后讓Sherlock不要再管Irene的事情了。圣誕節的時候，貝克街開了派對，Sherlock收到了Irene的禮物，正是那個手機，在停尸庫里，Sherlock發現了Irene被毀容的尸體，情緒十分低落。然而Irene卻突然出現帶走John，告訴John她沒有死，希望John可以把她的手機從Sherlock那里拿回來。而Sherlock尾隨著John發現Irene還活著。
Sherlock精神恍惚地回到貝克街，發現美國情報人員綁架了房東赫德森太太（Mrs.Hudson），要他交出手機。他覺得手機里的東西不僅僅是艷照那么簡單。Sherlock收拾了歹徒，救了Mrs.Hudson。落難的Irene來到了貝克街，手機里的密碼設置是「I'm_?_?_?_locked」（我被_?_?_?_鎖住了）需要在中間填上密碼，Sherlock試了幾次不成功只好把手機交給Irene，Irene有一份國安局的郵件密碼，Sherlock為她破解了出來，是恐怖分子要在航班上裝炸彈的航班號。Irene偷偷把消息發給Moriaty，而后Moriaty發短信給Mycroft譏諷英國情報部。Mycroft知道計劃敗露，將Sherlock約出來。原來英國和美國都在恐怖分子高層有臥底，將炸彈計劃泄露給情報部，但是為了保護臥底的安全，他們不能直接阻止恐怖襲擊，于是他們就用尸體偽裝乘客來迷惑恐怖分子。但是這個計劃被Sherlock破解之后被Irene透露給了和恐怖分子有聯系的Moriaty，于是計劃失敗了。
Irene用手機里剩下的機密要挾Mycroft交換大筆的條件和自身的安全，她坦言是在玩弄Sherlock。但是Sherlock通過他們說話時Irene脈搏加快、瞳孔放大的反應明白了Irene對他的感情，所以他解開了密碼「I'm?sher?locked」（我被夏洛克困住了，sher與組合起來lock即是夏洛克，意即我愛上了Sherlock）。Irene知道秘密不在手的自己性命難保，她請求Sherlock，但是Sherlock什么也沒說就離開了。
幾個月后，Mycroft來找John，告訴他Irene被恐怖分子斬首了，希望他不要告訴Sherlock實情，就說Irene在美國，被當做證人保護起來了。John這樣告訴Sherlock，Sherlock要求把Irene的那個拍照手機給他保管留念。手機里有許多Irene給他發的短信,大多是Let's?have?dinner(我們一起吃晚餐吧），最后一條是和他道別“Goodbye，Mr?Homes”。畫面轉到Irene被斬首的現場，Irene發送最后一條短信向Sherlock告別后認命的閉上了眼睛，但接著她聽到自己給Sherlock設置的特殊的短信提示音。她轉頭看見Sherlock偽裝成恐怖分子的處斬人，對她說“我一說跑，你就跑。”最后他們成功地逃了出來。Sherlock則將Irene作為「The?woman」一直記在心里——唯一一個打敗過自己的女人。
本集改編自《波希米亞丑聞》（A?Scandal?in?Bohemia?）。在這一集中，Sherlock展現了更多的人性的一面。圣誕節的時候，Sherlock推理出Molly有一份精美的禮品要送給自己的心上人，當他拿起禮盒看的時候發現寫著自己的名字，他沒有像往常一樣冷淡，反而道歉并親吻Molly的臉頰；他為了保護Mrs.Hudson，并報對方傷害她的仇，將歹徒從二樓窗口扔下去；他和哥哥一起抽煙談論以前的事情，破天荒地祝他圣誕快樂。因為John的存在，Sherlock了解了“愛”與“關懷”。而Irene則只是Sherlock的唯一一個女性朋友，John是Sherlock一生中最重要的人。
標題：巴斯克維爾的獵犬（The?Hounds?of?Baskerville）
因為沒有大案辦理的Sherlock又陷入了無聊之中，非常想吸煙但John不許。正在Sherlock快要癲狂的時候，有一個叫Henry的年輕人來找他幫忙。Henry來自巴斯克維爾地區，在那里有一個軍事基地一直被外界懷疑為在進行生化研究，外界人士揣測有一些改造基因動物被研究出來并且可能已經到了外面的世界。Henry小時候目睹了自己父親死亡的經過，他認為是一條被人為改造了基因的獵犬殺死了他的父親。Sherlock本來認為這是由于Henry的童年陰影造成的記憶扭曲而深感無聊準備送客，但卻突然改變主意要親自去巴斯克維爾破解這個獵犬之謎。
來到巴斯克維爾的Sherlock發現，當地人都在談論關于巨型獵犬的話題，而且因為這個謎題而吸引了大批的旅客來到這個小鎮，Sherlock從一個到處攬客的當地導游那里得到了一些關于巨型獵犬的信息。另一方面Henry一直在進行心理治療但卻沒什么進展，但他新的治療卻讓他反復想起兩個單詞，自由（liberty）和里面（in）。
Sherlock用從他哥哥Mycroft哪里偷來的證件進入了巴斯克維爾的軍事基地探查情況，但并沒有發現可疑的東西，不過機緣巧合發現了曾經向Sherlock發郵件求助尋找失蹤兔子的小女孩的媽媽斯泰普頓是這個基地的一個研究員，由此Sherlock知道了這個基地確實在做一些基因工程方面的研究。Sherlock差點被發現是冒充的，一位弗蘭克蘭德博士替他們掩飾過去。博士聲稱自己是亨利父親生前的好友，是Sherlock的粉絲并且答應可以向Sherlock提供幫助。
Sherlock和John去了Henry的家中，要Henry晚上與他們一起再回一次他父親遇害的山谷，John看到對面山谷上有燈光一閃一閃的很像摩爾斯電碼于是停下來查看，結果落在了Sherlock他們的后面。Sherlock與亨利到了充滿霧氣的山谷，果然巨型獵犬出現了，Henry被嚇壞了但Sherlock卻說自己并沒有看到匆匆離開。John在旅店的大廳里找到了坐在火爐旁邊的Sherlock，Sherlock承認自己看到了巨型獵犬并且自己感到恐懼，雖然恐懼但Sherlock的頭腦依然很清晰，在談話中Sherlock說自己沒有朋友（friends），John因此感到失落。亨利的精神狀況越來越差，這時Sherlock要約翰去跟亨利的心理醫生莫蒂梅爾談話，想要從她那里得到一些關于亨利的問題，但卻被弗蘭克蘭德博士打斷了。
Sherlock察覺到了John的情緒低落，他向他解釋說自己確實沒有朋友（friends）因為他只有一個朋友（friend），并由衷地贊美了John一番。這時John看到了被Mycroft特派來“休假”的雷斯垂德警官（Lestrade)。John要Lestrade幫忙調查一個素食餐館，因為他在這個餐館發現了大量的肉類訂單，結果發現這個餐館偷偷養了一條大狗到處留下腳印冒充被改造過基因的巨型獵犬的腳印用以招攬游客，不過大狗已經死了。
Sherlock和John在Mycroft的幫助下再次進入了巴斯克維爾的軍事基地。Sherlock去找少校，讓John在基地中檢查。John進入一個房間之后被鎖在了里面，隨后斷了電，他發現有幾個空的籠子在這間房子里，而且其中一個門是開的！他似乎聽到了大獵犬的喘息聲……驚恐萬分的John于是躲進了籠子，并打電話給Sherlock說自己看到了巨型獵犬就如他所說的那樣，通體發光。Sherlock趕到了屋子里卻什么也沒有。其實這是Sherlock安排的一次實驗（experiment），他通過強烈的暗示讓John看到了他想讓他看到的東西，而實際上他看到的獵犬并沒有通體發光。Sherlock于是斷定這中間一定有古怪，并進入了自己的記憶宮殿（mind?palace）尋找答案。與此同時在進行心理治療的Henry失控向自己的治療師開了槍，所幸并沒有打中。但Henry卻被自己嚇了一跳，跑了出去。
還在軍事基地的Sherlock推理出了少校的密碼，從而進入了秘密檔案，以獵犬（H.O.U.N.D.)為關鍵詞發現了一些20年前做實驗的資料。Sherlock在山谷里及時阻止了想要開槍自殺的Henry，巨型獵犬再一次出現被Lestrade和John開槍射中現出原形，那只是一條普通的狗。原來這一切都是弗蘭克蘭德博士搞的鬼。20年前，他參與了一種藥物的研制計劃（H.O.U.N.D.)，這種藥物可以使人產生恐懼和刺激，有望成為生化武器，但因對實驗者的傷害太大，后被取消。
但執著的弗蘭克蘭德博士從未放棄，一直在秘密進行試驗，卻被自己的好友即Henry的父親發現。為了自己的前途，弗蘭克蘭德博士最終狠下心來在彌漫著那種氣溶性藥物的山谷里殺死了自己的好友。這一切都被幼小的Henry看到了，但他無力承受，于是將記憶修改成了父親被獵犬襲擊。弗蘭克蘭德博士為了不讓事情敗露，20年間一直在暗示著Henry反復回到山谷，使其被迫攝入那種可以把人逼瘋的藥物。真相大白后弗蘭克蘭德博士趁亂逃走卻不小心走進了雷區。他感到愧疚難當，后引爆地雷自殺。
本集改編自《巴斯克維爾的獵犬》（The?Hounds?of?Baskerville）。在這一集中，一向不流露個人情感的Sherlock對John說:“I?don't?have?friends——I've?just?got?one.”再次體現了John對于Sherlock的特殊意義：因為有你，不再孤獨。
標題：萊辛巴赫隕落（The?Reichenbach?Fall）
“犯罪界的拿破侖”——Jim?Moriarty從未休息。在倫敦塔、英格蘭銀行和倫敦本頓維爾監獄，大事件幾乎同時發生，而對于Moriarty，這不過是他和Sherlock小小游戲的開頭。Moriarty要做的是將Sherlock變成一個偽英雄，使他名譽掃地。盡管不可思議，但懷疑的種子在經過一連串的事件之后，生根發芽了。大多數人都相信Sherlock的事跡全是虛構的，是一個騙局。最終Sherlock和Moriarty在大夏的頂樓對決，Moriarty要求Sherlock跳下樓去，否則事先安排好的殺手會馬上殺死Sherlock身邊最重要的三個朋友：John、Mrs.?Hudson和Lestrade。Sherlock則認為，只要Moriarty還活著，他的好友也就安全。沒想到已經瘋癲的Moriarty竟立刻吞槍自殺，只為了迫使Sherlock跳樓。
這時約翰來到了樓下，剛好遇上Sherlock準備跳樓。Sherlock給John打了一個電話。也許是為了不想讓大家有負罪感，Sherlock最后向John承認自己是一個騙子，并委托他將事實公布。但John相信Sherlock是清白的，懇求著他停止。這時狙擊手已經瞄準。為了大家，Sherlock最終在John的面前墜落，留下的最后一句話是“Goodbye，John”。其后與開場約翰因Sherlock的死去看心理醫生的一幕互相呼應。
片尾John和Mrs.?Hudson來到Sherlock的墓前，追憶著他的種種令人“憤怒”的事跡：桌上的刀痕，噪聲，凌晨一點半的槍聲，冰箱里一堆該死的標本，和食物放在一起的尸體，還有各種打斗……說著說著就哽咽了。John在Sherlock的墓前說道：“……you?were?……the?best?man……the?most?human……human?being?that?I've?ever?known,and?no-one?will?ever?convince?me?that?you?told?me?a?lie……I?was?so?alone……and?I?owe?you?so?much……But?,please,there's?just?one?more?thing,one?more?thing,one?more?miracle,Sherlock,for?me,don't?be?……dead……just?stop?it……（……你是……最好的人……我見過的最……有人性的人，誰也別想讓我相信你騙了我……我曾經是那么的孤單……我欠了你那么多……但是，求你了，還有一件事，就一件……再多一個奇跡，Sherlock，為了我，不要……那樣……死去……讓一切都停下來……?）”John的眼淚奪眶而出。真摯的淚水，落寞的背影，這一切都被站在暗處的Sherlock看在眼里。全片最終以Sherlock的轉身結尾……