知名作家韩昔（罗彬饰）想在签售会上向自己的未婚妻姜莱（李萌萌饰）求婚，却收到了女友一家车祸死亡的信息，韩昔悲痛欲绝时竟意外来到了平行的异时空，而异时空的时间比原来的世界晚了整整2个月，带来的神秘日记又与现在的姜莱有着千丝万缕的联系，拯救计划即将开始。
第二季第一集承接上一季最后一集的剧情，从被炸弹和狙击枪威胁的夏洛克(本尼迪克特·康伯巴奇 Benedict Cumberbatch 饰)和华生（马丁·弗瑞曼 Martin Freeman 饰）和莫里亚蒂(安德鲁·斯科特 Andrew Scott 饰)第一次正式会面开始。 接着夏洛克在接受白金汉宫一份重要委托的案件中遇到了亦正亦邪的神秘女子艾琳·艾德勒(拉娜·普尔弗 Lara Pulver 饰)，一位旗鼓相当的对手，一个使他心动的女子。这一次莫里亚蒂使大众相信夏洛克所有的事迹全是虚构，使之变成一个伪英雄名誉扫地。而为了彻底打垮夏洛克迫使他跳楼，莫里亚蒂竟立刻吞枪自杀，结局到底如何，夏洛克会因此中了他的圈套吗？精彩尽在第二季。
本季延续《神探夏洛克第二季》的剧情，在莱辛巴赫坠楼案两年后，华生（马丁·弗瑞曼饰）努力让生活重新步上正轨，集美丽与智慧于一身的玛丽·摩斯坦（阿曼达·艾宾顿饰）将与华生一同步入和谐浪漫的人生新阶段。然而此刻，夏洛克（本尼迪克特·康伯巴奇饰）却上演复活戏码，虽然这是华生祈祷已久的愿望，但当愿望实现时，他还是无法坦然面对一切。这一次，夏洛克和华生需要解决伦敦街道下神秘的阴谋、婚礼上突如而来的意外，及面对恶名昭彰且阴险的勒索之王——查尔斯·奥古斯都·马格努森（即原著米尔沃顿，拉斯·米科尔森饰）。夏洛克回来了，但一切还和以前一样吗 ？
《神探夏洛克》第四季将于2017年元旦回归BBC1，本季依旧为三集，标题分别为：
