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？

【第三季 分集剧情】

第1集 空灵柩（The Empty Hearse）

根据《空屋》改编。夏洛克的重新归来由一个安德森假想的故事开始。安德森假想夏洛克的假死是使用的假面具和一个催眠师的帮助，但是这个推测随即被雷斯垂德探长给否决了。探长认为这是因为安德森一直以来的愧疚情感在作怪，因为安德森认为是因为自己的误解导致了夏洛克的自杀。而就在这个时候，麦考夫亲自潜伏进入了塞尔维亚，救出了在那里正在被严刑逼供的夏洛克。麦考夫表示伦敦有一个地下网络正在活动，夏洛克需要对付这个地下网络进行的恐怖活动，夏洛克正式回归伦敦。华生再次来到了贝克街221B，见到了哈德森太太。因为上次夏洛克自杀的事情，华生至今不愿意使用手机和朋友们联系。哈德森太太见到华生十分伤感，华生告诉哈德森太太自己有了新的恋人，并且打算结婚了。华生再次重申了自己和夏洛克不是恋人，自己不是同性恋。麦考夫告诉夏洛克自己至今仍然没有告诉华生夏洛克仍然存活的消息，哈德森太太也不知道。夏洛克打算给华生一个惊喜。夏洛克来到华生所在的餐馆，这个时候华生正在打算向玛丽求婚。夏洛克假扮成侍者，出现在了华生的面前。夏洛克一如既往的毒舌，这让华生当即揍了夏洛克一顿。夏洛克向华生解释了自己失踪并且隐瞒消息的原因，结果被华生再次揍了一顿。夏洛克邀请华生和自己一起去破案，但是被华生拒绝了，夏洛克再次被揍了一顿。失去了助手的夏洛克只能邀请茉莉作为自己的助手帮助自己破案。华生因为夏洛克和玛丽都不喜欢自己的胡子刮去了胡子，并且被玛丽嘲笑了一顿。茉莉有了对象，不能够继续跟着夏洛克在一起破案。夏洛克开始正式着手对付伦敦的地下网络的恐怖袭击，但是此时下定决心来到221B打算帮助夏洛克的华生却被人绑架了。夏洛克骑着机车带着玛丽赶到了篝火节，救出了在火堆里差点被火烧的华生。一个在火车上工作的工作人员发现了地铁里面的怪事，夏洛克和华生顺藤摸瓜，发现了地铁案件的阴谋。在铁路的某一处有一间废弃的地铁隧道，有人在这个隧道里面安装了炸弹。华生和夏洛克来到了这个废弃的车厢里面，发现里面到处都是炸弹。谁料这时，炸弹被遥控开启。夏洛克声称自己不会拆弹，并且哭泣着对华生道歉。华生最终原谅了夏洛克，声称对方是自己见过最聪明最伟大的人。但是这只是夏洛克为了赢取原谅的一个手段，夏洛克成功的终止了炸弹，避免了大本钟和国会议员的被炸危机。夏洛克找到了安德森，解释了自己当初在天台上成功脱逃的计划，但是安德森对此仍然有怀疑。地铁案件虽然成功破解，但是夏洛克仍然怀疑这件事情背后仍然有推手，打算深入调查这件事情。地铁炸弹的凶手被抓了起来，案件只是表面上获得了破案。不管如何，伦敦的神探终于重返了贝克街221B，带着他的忠诚跟随的助手华生，再次为着各种艰难的案件深入的调查着。

第2集 三签名（The Sign of Three）

原著有一案《四签名》。雷斯垂德探长眼看着就要抓到自己抓捕了一年多的犯人，然而这个时候夏洛克忽然发来了短信，短信里面写着救命。雷斯垂德咬牙放弃了抓到犯人的功劳返回了贝克街221B，却发现夏洛克只是因为华生的婚礼苦恼着，因为华生邀请夏洛克成为自己的伴郎，并且伴郎要在婚礼上发表演说，夏洛克因为这件事情很是苦恼。哈德森太太给夏洛克送来了早茶，并且安慰夏洛克婚姻能够彻底的改变一个人，这反而让夏洛克感觉更糟了。夏洛克为了华生的婚礼一直处于紧张状态，玛丽要华生给夏洛克找几件案子分散注意力。婚礼如期举行，伴娘对夏洛克进行了调情，但是夏洛克不为所动。婚礼上叫做大卫的男人出现，玛丽很是欣喜，但是大卫却不敢靠近玛丽。这是因为夏洛克提早调查了大卫，并且警告对方以后不要对玛丽继续抱有爱慕的心思，如果见面也必须在华生在场的情况下。夏洛克威胁了大卫，大卫很是惊慌。婚礼上华生的老上司肖尔托上校出现，华生十分惊喜。婚礼上面夏洛克开始致伴郎发言，言辞恳切，情感真挚。夏洛克被华生作为此生最爱的两个人之一邀请参加了婚礼，并且被称作华生最好的朋友，这个发现让夏洛克十分的震惊，几乎要感动到说不出话来。婚礼上面大家都被夏洛克的发言打动了，随后夏洛克开始讲述关于华生的有趣的故事，大部分都是和夏洛克在一起的破案故事。在大部分的案件中，华生都表现了自己的勇敢、果决和忠诚。女王卫兵离奇死亡案中，华生表现了自己作为一个军医的专业素养，这让夏洛克印象深刻。在幽灵约会案件里面，夏洛克和华生度过了华生的单身之夜，两个人在街头喝的烂醉，最终被雷斯垂德从监狱里面捞出来。在幽灵约会案件中，一些女性和一名男子进行了一夜的约会，结果这名男子却神秘的失踪了。夏洛克在一时之间并没有意识到这两个案件之间的关系。但是随后在婚礼上举杯祝词的时候，夏洛克明白了这两个案件的关联之处，是有人想要在婚礼上刺杀华生的上司。随后夏洛克用自己的机智果决制止了这件案件的发生，婚礼得以顺利的进行。华生和玛丽在夏洛克优美的小提琴声中翩翩起舞，茉莉和自己的男友也幸福的拥抱在一起。婚礼后的舞会继续进行着，宴会上面熙熙攘攘，而夏洛克一个人穿上大衣在夜色中独自离开。

第3集 最后的誓言（His Last Vow）

根据《米尔沃顿》改编。华生受到了一个朋友的请求，来到了一个年轻人吸毒的聚集地帮忙寻找这位朋友吸毒的儿子，他没有想到的是自己在这里居然遇到了夏洛克。为了一件案子，夏洛克开始重新吸毒，麦考夫相当生气，但是夏洛克却坚持声称自己是因为破案所以才开始吸毒。华生把夏洛克带回贝克街，惊讶的发现夏洛克竟然有了女友，这位女友正是自己婚礼上的伴娘洁琳。但随后华生发现，夏洛克之所以和自己的伴娘约会是因为夏洛克在查的案件。夏洛克假装要求婚，混进了马格努森的办公室，华生也和夏洛克一起，然而就在夏洛克发现马格努森被人威胁的时候，威胁者转过头，这个人竟然是华生的新婚妻子玛丽，玛丽本想杀了夏洛克，但因恻隐之心只将夏洛克打伤使其沉默。夏洛克用尽自己所有的知识保护了自己，重伤之下得以存活。原来玛丽曾经是政府特工，因为厌倦了刀头舔血的生活所以隐居下来，和华生结婚。华生从清醒过来的夏洛克那里得知了玛丽的身份，但是最终选择了原谅玛丽。玛丽的资料被马格努森掌握用来威胁对方，除此以外，马格努森也拥有许多隐秘的资料用来威胁西方的各个国家，麦考夫也受到了相当大的威胁。为了保护玛丽，夏洛克和华生再次找到了马格努森，但是马格努森也是一名出色的犯罪者，记忆能力相当高超。夏洛克以为对方有隐秘的仓库用来储存威胁的资料，但是最终发现这些资料只存在于马格努森的记忆宫殿里。为了保护玛丽的身份不被发现，也为了保护麦考夫和国家的利益，夏洛克毅然开枪在警察面前打死了马格努森，自己因此获罪。为了保护自己的弟弟，麦考夫只能把弟弟远送国外，送到东欧做卧底半年。华生和玛丽送夏洛克离开。在夏洛克离开后，莫里亚蒂的视频被播放到了全国的电子屏幕上，莫里亚蒂竟然在当初的坠楼案中没有身亡，一切迷雾重重。为了揭穿莫里亚蒂未亡的真相，夏洛克再次被麦考夫召回伦敦，解决案件。