奧天時皇儲突然自殺案件，讓沉寂6個月的福爾摩斯（小羅伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 飾）再次啟動。這次，福爾摩斯有了一個強有力的對手——智力上與福爾摩斯相當的莫里亞蒂教授（杰瑞德·哈里斯 Jared Harris 飾）。為了調查清楚皇儲的自殺案件，福爾摩 斯與華生（裘德·洛 Jude Law 飾），在吉普賽占星師西姆（勞米·拉佩斯 Noomi Rapace 飾）的幫助下，和莫里亞蒂展開了在整個歐洲大陸上的較量，從英國到法國、德國……雖然被稱為最聰明的人，可是莫里亞蒂教授恍如能預知福爾摩斯的行蹤，都能先一步福爾摩斯溜之大吉。莫里亞蒂教授死亡名單上的人一個個被抹殺，汗青可能就此被改編，面對如此強大的對手，福爾摩斯如何應對？