หลังจากหายตัวไปสองปีและถูกเชื่อว่าเสียชีวิตในตอนจบของซีซั่น 2 “The Reichenbach Fall” ซึ่งเชอร์ล็อก โฮล์มส์ (Sherlock Holmes) ต้องแกล้งตายเพื่อต่อกรกับศัตรูตัวฉกาจอย่าง จิม มอริอาร์ตี้ (Jim Moriarty) เรื่องราวใน Sherlock Season 3 เปิดฉากด้วยการกลับมาของเชอร์ล็อกที่ลอนดอน พร้อมกับความพยายามในการกลับมาเป็นส่วนหนึ่งของชีวิต ดร. จอห์น วัตสัน (Dr. John Watson)
การหายไปของเชอร์ล็อกทำให้วัตสันต้องเริ่มต้นชีวิตใหม่ และเมื่อเชอร์ล็อกปรากฏตัวอีกครั้ง ความโกรธและความผิดหวังของวัตสันต่อเพื่อนรักที่ปิดบังแผนการแกล้งตายก็ปะทุขึ้น แต่ในที่สุดทั้งสองก็กลับมาร่วมมือกันไขคดีใหม่ที่ซับซ้อนและเต็มไปด้วยความท้าทาย
ซีซั่นนี้ประกอบด้วย 3 ตอนหลัก:
The Empty Hearse เชอร์ล็อกกลับมาสู่ลอนดอนและต้องเชื่อมสัมพันธ์กับวัตสันอีกครั้ง ขณะเดียวกันเขาต้องหยุดยั้งแผนการก่อการร้ายครั้งใหญ่ที่อาจสร้างความเสียหายมหาศาลให้กับเมือง
The Sign of Three ในวันแต่งงานของดร. จอห์น วัตสันและแมรี่ มอร์สตัน (Mary Morstan) เชอร์ล็อกทำหน้าที่กล่าวสุนทรพจน์ในงานแต่งงาน แต่ระหว่างงานเขาต้องแก้คดีลึกลับที่เกี่ยวข้องกับอดีตทหารที่ถูกลอบสังหาร
His Last Vow เชอร์ล็อกเผชิญหน้ากับศัตรูใหม่ ชาร์ลส์ ออกัสตัส แมกนุสเซน (Charles Augustus Magnussen) นักธุรกิจและเจ้าพ่อสื่อผู้ใช้ข้อมูลลับเป็นเครื่องมือในการควบคุมคนสำคัญ เชอร์ล็อกต้องตัดสินใจในทางที่อาจเปลี่ยนแปลงชีวิตของเขาและวัตสันไปตลอดกาล
Sherlock Season 3 นำเสนอคดีที่ซับซ้อนและความสัมพันธ์ที่ลึกซึ้งขึ้นระหว่างเชอร์ล็อกและวัตสัน โดยซีซั่นนี้เน้นไปที่การสำรวจความเป็นมนุษย์ของเชอร์ล็อกและมิตรภาพที่ไม่ธรรมดาของเขากับวัตสัน
