七年前，小学生许小涵给伦敦贝克街221号写了一封信；七年后，少女许小涵得以亲身拜访福尔摩斯的故乡。
应报纸主编之邀，她与同是留学生的俞渔、宿舍室友薇拉组成"XYZ小记者团"，想要调查伦敦各种神奇事件，因为三人都非常崇拜福尔摩斯。
很多人告诉他们福尔摩斯只存在于文学作品中，但他们并不相信，在一次对贝克街221号福尔摩斯故居探访调查的时候，误入一家破旧的钟表店，结识了神秘的老板谢隆，谢隆一口咬定：福尔摩斯确有其人！还拿出一只刻有华生姓名的怀表……"XYZ小记者团"如获至宝，开始逐渐展开调查。
没多久，伦敦怪事连连发生：
伦敦动物园蛇群出逃，引起恐慌；
伦敦桥闸桥失控险些压塌货船；
大英博物馆遭遇爆炸袭击……
刚好有一天，薇拉喂食的野生眼镜猴迪克捡来一支奇怪的铅笔，许小涵发现这是一支情报铅笔，密码暗语中似乎写着好几个伦敦著名景点。而这些地点刚好和纸条上的密码暗语一一对应，他们认定这不是巧合，而是阴谋。
这时，眼镜猴迪克又给许小涵他们捡来了一张纸条：下一个目标，温莎古堡，英国女王。最终三个小伙伴通过努力，及时化解了一场骚乱。
小记者团的调查逐渐深入，蛛丝马迹开始浮出水面，学校里面的邓斯特教授多次出现在事故现场，他的笔迹和神秘纸条上面的笔迹极其相似，与此同时，谢隆的身份也遭到了怀疑，通过对伦敦民政局开放资料的逐一核查，许小涵发现，"福尔摩斯"结婚那天，只有一个姓谢隆的人登记结婚--而谢隆（Shelom）刚好是福尔摩斯（Holmes）的变位词。最终谢隆承认了自己是福尔摩斯后人的身份。谢隆邀请三个小伙伴和他一起追踪"莫里亚蒂"的踪迹，说这是莫里亚蒂和福尔摩斯家族的宿命。
眼镜猴迪克又送来一张纸条，预告下一起案件将是纵火。三个小伙伴和谢隆连夜破解，确认下一个地点是威斯敏斯特大教堂。
谢隆先生为保证孩子们的安全，只身赴会。等到许小涵他们赶到，却发现邓斯特教授和谢隆先生打作一团。
警方控制住了邓斯特教授。但是，许小涵猛然醒悟，纸条上的真正地点，是伦敦奥运会，教堂只是一个幌子！那么，莫里亚蒂到底是谁？他在哪里？
意外的是，谢隆不见了。
原来，谢隆确实是福尔摩斯后人，但他也同样是那个"莫里亚蒂"。他一生不得重用，落魄地回到祖上旧居贝克街221号。内心同样有着福尔摩斯情结的他，开始着手策划一系列恐怖活动，想要"干一番大事业"。当他遇到热爱福尔摩斯的许小涵，便忍不住分享自己的故事，并利用许小涵的邀请，获得了奥运会的嘉宾邀请函，下定决心要引爆伦敦体育场。
邓斯特教授是谢隆的挚友，正是他一直将各种暗示的纸条传递给许小涵，从而化解了每一次危机。
惊心动魄的故事终于落下帷幕。
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