故事產生第二次世界大戰期間，福爾摩斯（巴茲爾·雷斯伯恩 Basil Rathbone 飾）接到英國政府的重要使命，必須盡快查明英國間諜失蹤和膠片著落的真相以防止敵人獲取絕密信息。福爾摩斯和他的助手華生（尼格爾·布魯斯 Nigel Bruce 飾）緊急前去華盛頓展開調查。福爾摩斯審問了與間諜有過接觸的人，闡明火車上的情況，并細致入微地研究了膠卷的價值和對英國及同盟國的重要性。在細致的調查和前后推理中，福爾摩斯發明了一些隱藏的線索。透過對失蹤間諜的領會和對火車上女士的觀察，福爾摩斯推理出膠卷被藏在了女士的隨身物品當中。他設法找到了這位女士，進行了一番密切的扳談和調查，最終找到了膠卷的藏身之處。在成功找回膠卷的同時，福爾摩斯也成功擒獲了間諜，防止了信息泄露。