В 1891 году Европу сотрясает серия терактов и загадочных убийств. Шерлок Холмс уверен, что за всем этим стоит профессор Мориарти — математический гений, чьи тени опутали континент. Пока его верный друг и напарник доктор Ватсон готовится к свадьбе с Мэри, Холмс погружается в расследование, понимая, что Мориарти ведет свою собственную смертоносную игру, цель которой — развязать мировую войну.
Холмс и Ватсон пускаются в погоню по всей Европе, от лондонских доков до швейцарских Альп. Их путь пересекается с цыганкой Симзой, чьи знания и навыки оказываются неоценимыми. Мориарти всегда на шаг впереди, его сеть агентов и финансовые махинации делают его почти неуязвимым. Каждое действие Холмса лишь часть плана профессора, словно они играют в шахматы, где фигурами служат целые государства.
Кульминация этой дуэли умов происходит на конгрессе в Швейцарии. Чтобы остановить кровавый замысел Мориарти, Холмс вынужден пойти на крайние меры. Их противостояние заканчивается драматической схваткой у Рейхенбахского водопада, где гений и его темное отражение сходятся в последнем поединке, цена которого — жизнь.
Хотя публика считает Холмса погибшим, Ватсон получает знак, что его друг жив. Жертва у водопада была необходимой хитростью, чтобы обвести Мориарти вокруг пальца. Шерлок Холмс продолжает свою работу из тени, а Ватсон возвращается к Мэри, зная, что их приключения, возможно, еще не закончены.