Holmes s'attelle à sauver l'honneur de lady Eva Blackwell, menacée par le redoutable maître chanteur Charles Auguste Milverton qui détient ses lettres intimes.
Cette série soviétique est particulièrement fidèle aux intrigues d'origine écrites de Conan Doyle, tout en mélangeant parfois deux intrigues dans un même épisode en créant de nouveaux raccords « extra-canoniques » entre deux affaires. Livanov joue un Sherlock Holmes assez décontracté et capable d'un humour discret, correspondant aux écrits de Conan Doyle.
Un projectionniste de cinéma, amoureux d'une femme, achète une boite de confiserie. Il se rend chez elle pour lui offrir la boite et une bague. Un autre prétendant arrive, dérobe la montre du père, et effectue un prêt sur gage. Il achète une boite à son tour avec l'argent, et va lui aussi l'offir à la femme. Le père se rend compte que sa montre a été volée. Comprenant que le projectionniste va fouiller les personnes présentes, l'autre prétendant lui glisse le reçu dans la poche. Le projectionniste est alors accusé à tort, et sort de la maison.
Le célèbre détective Sherlock Holmes et son fidèle Dr Watson sont appelés pour résoudre une effroyable malédiction qui poursuit la malheureuse famille des Baskerville, décimée par un monstrueux chien, sorti tout droit de l'enfer, depuis que Sir Hugo, un ancêtre, tua une paysanne. Mais l'héritier actuel, qui arrive d'Amérique, ne croit pas en ces fariboles.
Après être enfin venu à bout du tueur et occulte « magicien » Lord Blackwood, le légendaire détective Sherlock Holmes et son assistant le Dr Watson peuvent clore un autre cas brillamment résolu. Mais quand Blackwood revient mystérieusement d'entre les morts et reprend ses sombres activités, Holmes doit repartir sur ses traces.
Partout dans le monde, la presse s'enflamme : en Inde un magnat du coton est ruiné par un scandale, en Chine un trafiquant d'opium est mort apparemment d'une overdose, des attentats se sont produits à Strasbourg, à Vienne et, aux États-Unis, un baron de l'acier vient de mourir… Tout cela n'est que, aux yeux du célèbre Sherlock Holmes, le commencement d'une histoire de grande envergure liée à son plus grand ennemi : James Moriarty, le plus dangereux cerveau criminel du monde occidental.
Une étrange malédiction plane sur les propriétaires du manoir des Baskerville, situé dans des landes inhospitalières du Devonshire. Les héritiers de ce nom meurent sous les crocs d'un gigantesque chien. Le Dr Mortimer se rend au 221B Baker St. consulter S. Holmes : Sir Charles Baskerville est mort dans des circonstances étranges, peut-être de peur. Or son héritier, Sir Henry, arrive du Canada pour régler ses affaires et repartir,le Dr Mortimer a peur pour lui, mais Sir Charles ne croit guère en la malédiction et décline l'offre de Holmes. À peine arrivé à son hôtel, dans la rue, il est victime d'une tentative d'assassinat.....tout en s'étonnant qu'une seule de ses bottines ait disparu. Holmes expédie Watson à Baskerville pour veiller sur Sir Henry, il a mieux à faire. Dans le Devonshire les choses se compliquent : des cris sur la lande, un bagnard évadé, Lestrade sur sa piste, des domestiques bizarres, des voisins peu accueillants, d'autres qui le sont trop, un gitan indiscret : chaque jour Watson écrit son rapport à Holmes.
Le film commence sur les marches de Old Bailey, où Moriarty vient d'être acquitté d'une accusation de meurtre en raison d'un manque de preuves. Holmes lui fait cette remarque : « Vous avez un cerveau magnifique, Moriarty. Je l'admire. Je l'admire tellement que je tiens à le présenter, marinée dans l'alcool, à la Société Médicale de Londres ». « Cela ferait une exposition impressionnante », répond Moriarty.
Les habitants du petit village de La Morte Rouge, près de Québec, vivent dans la peur car un fantôme meurtrier erre dans les marais à proximité. Quand le Père Pierre entend pendant la nuit les cloches de son église en train de sonner, il se précipite pour trouver le corps sans vie de Lady Lillian Penrose serrant la corde de la cloche. Pendant le même temps, Lord William Penrose est à Québec, à une réunion de la Société royale du Canada sur l'occultisme, réunion où sont aussi présents le célèbre détective Sherlock Holmes et son fidèle compagnon, le docteur John H. Watson.
Sherlock Holmes et le docteur Watson reçoivent la visite de Chalmers, un agent d'assurance, qui leur parle d’évènements mystérieux qui se passent à Drearcliff House, un manoir au bord de la mer dans l'ouest de l'Écosse, où se réunissent depuis peu les sept membres du club « les bons camarades ». Chalmers explique qu'une nuit, Ralph King, un des membres de ce club, a été tué dans un accident d'automobile après avoir reçu une enveloppe contenant sept mystérieux pépins d'orange pendant le dîner. Quelques nuits plus tard, Stanley Rayburn, un autre membre, a reçu une note similaire avec six pépins, et a été retrouvé noyé dix jours plus tard.
Une nuit de l'année 1897, alors que l'inventeur Mr Flaversham célèbre l'anniversaire de sa fille Olivia, une horrible créature proche de la chauve-souris interrompt la fête et kidnappe l'inventeur. Terrorisée, Olivia part chercher de l'aide auprès du célèbre détective Basil. Elle rencontre sur le chemin de Baker Street le Docteur David Q. Dawson, médecin militaire de retour d'Afghanistan. Après avoir entendu son récit, Basil ne semble pas très intéressé jusqu'au moment où il comprend que l'auteur de l'enlèvement ne peut être que Fidget, la chauve-souris, stupide mais fidèle serviteur, du professeur Ratigan. Ce dernier est un rat cruel et démoniaque, régnant sur les bas quartiers de Londres et qui n'a pour but que de renverser la Reine des Souris au Palais de Buckingham. Basil décide alors de mener l'enquête contre son ennemi de toujours pour sauver Mr Flaversham.
À bord d'un navire en direction de Douvres, James Goodram du Royal Regent Museum est attiré hors de sa cabine par une jeune femme, Naomi Drake, qui parvient à voler la précieuse perle des Borgia qu'il transportait dans ses affaires. La jeune femme dissimule le joyau volé à l'intérieur d'un appareil photo, et demande à un vieux clergyman de passer la douane avec la caméra. Plus tard, elle donne l'appareil à son patron, le maître criminel Giles Conover, qui découvre que la perle a été remplacée par une note de Sherlock Holmes, qui était déguisé en pasteur. De retour à Londres, Holmes remet la perle aux autorités.