La segunda temporada se centra en los casos más famosos del personaje creado por Athur Conan Doyle. Esta temporada está basada en una novela y dos relatos: El sabueso de los Baskerville, Escándalo en Bohemia y El problema final. En esta segunda entrega se muestran los diferentes sentimientos que experimentan los personajes como son el miedo, la pérdida o el amor. Además, se produce el gran enfrentamiento entre Sherlock y Jim Moriarty (Andrew Scott) que acaba con la supuesta muerte de los dos.