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Holmes regresa a Nueva York con una nueva aprendiz y un renovado interés por trabajar con la policía de Nueva York tras ser despedido por el MI6 londinense. Sin embargo, el capitán Gregson no le permite reanudar su trabajo como consultor para el departamento sin el permiso de su antigua compañera, Watson, la nueva investigadora privada de la policía de Nueva York.
Cuando Holmes y Watson unen sus fuerzas en la investigación de un doble homicidio, la nueva aprendiz de Sherlock, Kitty, amenaza la investigación cuando permite que sus celos por la relación de trabajo entre Sherlock y Joan anulen su buen juicio.
En la segunda temporada, el perspicaz investigador regresará a Londres y se instalará temporalmente junto a la doctora en 221B Baker Street. Allí, verá aflorar dolorosos recuerdos, discrepancias familiares y fantasmas del pasado.
+12Cuando un respetado matemático es encontrado muerto, Holmes y Watson se disponen a resolver el asesinato y el propósito de la ecuación altamente custodiada que intentaba descifrar. Mientras tanto, Watson se encuentra en conflicto cuando el hijo de un antiguo paciente se le acerca para pedirle un préstamo.
+12Cuando Holmes y Watson se disponen a seguir la pista de un contratista civil que filtró información clasificada, sus vidas se ven alteradas cuando son objetivo del grupo de ciberactivistas que lo protege. Mientras tanto, Joan sigue el consejo de una amiga y se inscribe en un servicio de citas online.
Cuando el director general de una empresa de consultoría financiera muere envenenado, Holmes y Watson son llamados para localizar al asesino. Mientras tanto, una mujer del pasado de Sherlock aparece como posible sospechosa.
Holmes y Watson se encuentran indagando en el oscuro mundo de la mafia para encontrar a un asesino cuando descubren el cadáver de un antiguo asesino. Mientras tanto, Watson ayuda a una amiga íntima a seguir la pista de un hombre misterioso que la enamoró.
Cuando la casa del capitán Gregson es invadida, Holmes y Watson trabajan para encontrar al pistolero enmascarado antes de que vuelva a atacar.
Mycroft, el hermano de Sherlock, llega a Nueva York y pide ayuda a Holmes y Watson para resolver un caso relacionado con su antigua prometida.
El asesinato de una bella mujer, vinculada a un director general multimillonario, llama la atención de Holmes y Watson. Mycroft hace todo lo posible por convencer a Sherlock de que regrese a Londres.
Holmes y Watson descubren la identidad de un asesino en serie cuyo caso ha desaparecido y se encuentran enfrentados a la policía de Nueva York.
Cuando una investigación sale terriblemente mal, Sherlock debe testificar en una investigación policial oficial que pone en peligro su futuro y el de Watson en la policía de Nueva York.
Cuando un gestor de fondos de cobertura que también dirigía un esquema Ponzi es asesinado, Holmes y Watson deben determinar cuál de sus clientes es culpable.
Holmes y Watson se enfrentan cara a cara con Moriarty cuando su antiguo adversario es contratado como asesor en un caso de secuestro.
Cuando se encuentra un cadáver en un barril, Holmes y Watson inician una investigación sobre los vínculos de la mafia con el asesinato.
Cuando Joan retoma uno de los casos sin resolver de Sherlock, descubre que un asesinato sin resolver está relacionado con un extraño fósil prehistórico.
La última investigación de Holmes le lleva al interior de una compañía de danza profesional cuando una prometedora bailarina es asesinada.
Las tensiones aumentan cuando Holmes y Watson se ven obligados a colaborar con Gareth Lestrade, antiguo colega de Sherlock en Scotland Yard, en la investigación de un atentado.
Holmes y Watson consultan sobre un caso en el que un hombre sospechoso de haber asesinado a su mujer años atrás recibe una petición de rescate para que la devuelva sana y salva.
Cuando un famoso investigador del cáncer es encontrado muerto, Holmes y Watson deben determinar si el prematuro fallecimiento del científico está relacionado con su último invento de vanguardia.
Un asesino en serie conocido por morder a sus víctimas parece estar matando de nuevo, aunque se le daba por muerto.
Un carterista muere envenenado con ántrax, lo que pone a Holmes y Watson tras la pista del origen de la toxina para evitar más muertes.
Cuando Mycroft, el hermano de Sherlock, regresa por sorpresa a Nueva York, sus motivaciones provocan la discordia entre Sherlock y Joan.
Los negocios se convierten en algo personal para Sherlock cuando se ve obligado a asociarse con su distanciado hermano Mycroft para resolver un caso con consecuencias de vida o muerte.
Holmes y Watson entran en contacto con el MI-6, la agencia de inteligencia británica, cuando la investigación de un asesinato estándar resulta tener implicaciones internacionales y políticas.
La creciente tensión entre Sherlock y Watson lleva su relación a una encrucijada, pero acuerdan dejar a un lado sus diferencias mientras ayudan al hermano de Sherlock, que se enfrenta a acusaciones de traición y asesinato.
El detective Sherlock Holmes, junto con su sobria compañera, la doctora Joan Watson, utiliza su asombrosa habilidad para leer a la gente y analizar crímenes para ayudar a la policía de Nueva York en algunos de sus casos más difíciles. En el estreno de la temporada, Holmes asesora en un allanamiento de morada que acabó en asesinato.
Sherlock utiliza sus poderes de deducción para llevar a cabo su asesoría en el asesinato de un joven que recibe un disparo al entrar en su apartamento. Mientras tanto, Watson cena con su ex novio, Ty Morstan.
Sherlock y Watson colaboran en un caso de secuestro de niños en el que está implicado un asesino en serie al que apodan «El hombre de los globos», porque deja un lote de globos característico en cada una de sus escenas del crimen.
Aunque desprecia a los banqueros, Holmes acepta actuar como consultor en un caso relacionado con la muerte de un ejecutivo de Wall Street que parece haber sufrido una sobredosis de heroína. Mientras tanto, con el apoyo de Holmes, Watson intenta reincorporarse al mundo de las citas.
Sherlock intenta determinar quién ha estado matando a pacientes débiles y terminales en un hospital, haciendo que parezca que han muerto por causas naturales. Mientras tanto, Sherlock aprende más sobre la decisión de Joan de abandonar su carrera quirúrgica.
Sherlock intenta demostrar que una de las personas cuyo cuerpo fue encontrado entre los restos de un accidente de avioneta murió en realidad antes de que el avión se estrellara. Mientras tanto, Watson intenta convencer a Sherlock de que se reúna con su esquivo padre.
Sherlock ayuda en un doble homicidio que tiene el mismo modus operandi que una serie de asesinatos que tuvieron lugar 13 años atrás. Mientras tanto, después de ser congelada por Sherlock, Watson visita su antiguo centro de rehabilitación con el fin de aprender más sobre el misterioso hombre a su cuidado.
Mientras investiga una explosión que mata a dos personas, Sherlock descubre un crimen que ha permanecido latente durante años. Mientras tanto, Watson anima a Sherlock a elegir por fin un padrino.
Sherlock usa sus características habilidades de razonamiento deductivo para encontrar al asesino de un profesor universitario. Mientras tanto, Watson recibe una llamada de un ex amante que necesita su ayuda.
Sherlock es llamado a investigar cuando la cámara acorazada de un banco supuestamente infranqueable llamada «El Leviatán» es saqueada. Mientras tanto, Joan se lleva una grata sorpresa cuando Sherlock conoce a su familia y defiende su elección de convertirse en una compañera sobria.
Sherlock y Joan investigan el asesinato del director general de un hotel de lujo de Manhattan, cuyo cadáver aparece dentro de una lavadora industrial. Mientras tanto, como el tiempo de Joan con Sherlock está a punto de terminar, éste le ofrece un puesto de aprendiz.
Sherlock se reencuentra con «M.», un criminal británico que parece haber seguido a Sherlock hasta Nueva York. Mientras tanto, Joan tiene reservas sobre dejar a Sherlock y aceptar un nuevo cliente.
Mientras está suspendido de la policía de Nueva York, Sherlock investiga un sospechoso accidente de tráfico en el que se da a la fuga un teórico de la conspiración. Mientras tanto, Watson intenta negociar la paz entre Sherlock y Gregson.
Sherlock persigue a Howard Ennis, un criminal imprevisible, antes de que vuelva a atacar. Durante la investigación, Sherlock se ve obligado a trabajar junto a Kathryn Drummond, la perfiladora del FBI que literalmente escribió el libro sobre Ennis. Mientras tanto, Watson se enfrenta al desahucio de su apartamento.
Sherlock intenta averiguar quién secuestró a la hija adulta de su ex traficante de drogas, Rhys. Watson se preocupa por la sobriedad de Sherlock cuando Rhys sugiere que Sherlock era mejor detective cuando consumía drogas.
Sherlock investiga lo que cree que será un caso abierto y cerrado después de que el detective Bell sea atacado. Sin embargo, el caso da un giro inesperado cuando el presunto agresor aparece muerto. Mientras tanto, Sherlock anima a Joan a aprender defensa personal.
Sherlock investiga un caso relacionado con un rico filántropo que cree que su enfermedad incurable le fue provocada a propósito. Mientras tanto, Sherlock intenta enseñar a Joan sus habilidades deductivas enviándola a una tintorería sospechosa.
+12+12Joan acepta su primer caso en solitario: la desaparición de una mujer que dejó a su marido un lacrimógeno vídeo de ruptura en el que mencionaba un asesinato en un andén del metro. Mientras tanto, Sherlock se siente intrigado por el asesinato en el metro y decide investigar.
+12+12Sherlock y Joan intentan evitar un robo en una de las mayores cajas fuertes del país en medio de una tormenta del noreste. Mientras tanto, Sherlock intenta ayudar a una mujer transexual que se está recuperando de su última ruptura.
+12+12Sherlock y Joan buscan al cómplice de un chantajista asesinado que tenía como objetivo a las familias de las víctimas de violación. Mientras tanto, Sherlock se resiste a celebrar su primer año de sobriedad.
+12+12Sherlock reanuda su caza de Moriarty cuando Sebastian Moran revela que un hombre que se creía muerto de un ataque al corazón estaba en realidad en la lista de víctimas previstas por Moriarty.
+12+12Sherlock acepta estudiar un caso de un hombre que dice ser Moriarty, con la esperanza de que le acerque a la búsqueda de su némesis. Mientras tanto, Gregson anima a Joan a abandonar la peligrosa línea de trabajo que ha elegido y volver a ser una sobria compañera.
+12+12Mientras Sherlock se tambalea ante la reaparición de su antigua amante, Irene Adler, una serie de flashbacks desentrañan los tumultuosos acontecimientos que condujeron a su caída en la adicción.
+12+12Sherlock y Joan vuelven a encontrarse en el punto de mira del enigmático Moriarty.
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