London, Mitte des 19. Jahrhunderts, zur Blütezeit des viktorianischen Englands. Der pummelige und bebrillte Arztsohn John Watson aus der englischen Provinz muss mitten im Schuljahr seine alte Schule verlassen und auf das im Herzen der Hauptstadt gelegene Brompton-Internat wechseln. Dort muss er dann die Spötteleien seiner gleichaltrigen Kommilitonen ertragen. Lediglich der etwas distinguiert wirkende Sonderling Sherlock Holmes steht ihm hilfsbereit zur Seite. Holmes ist ein hochbegabter Student, lebt in Zwist mit seinen Eltern und liebt die gleichaltrige Elizabeth, die seit dem Tod ihrer Eltern bei ihrem Onkel, dem verschrobenen Ex-Lehrer und Tüftler Waxflatter, in dessen Dachgeschosswohnung über der Schule wohnt.

Der intellektuell etwas unbewegliche Watson und der mit einer schnellen Auffassungsgabe gesegnete Holmes werden schnell Freunde. Sie beginnen, als Ermittlerduo in kriminalistischen Angelegenheiten aktiv zu werden. Eine Mordserie unter Londoner Geschäftsleuten sorgt für Schlagzeilen in der Presse. Doch wo die Polizei (vorrangig der dienstbeflissene, aber leicht beschränkte Sergeant Lestrade) mit ihrem Latein am Ende ist, werden Holmes und Watson fündig. Die Jungen entlarven die Rame Tep, einen ägyptischen Geheimbund von Fanatikern, als die Attentäter. Diese üben Rache für eine vor Jahren begangene blasphemische Grabschändung und verabreichen ihren Opfern per Blasrohr eine halluzinogene Droge, wodurch die Betroffenen in den Wahnsinn und im Anschluss daran in den Tod getrieben werden.

Nachdem Holmes und Watson selbst den Auswirkungen der Drogen entkommen konnten, enttarnen sie schließlich den Anführer der Attentäter: Es ist ihr Dozent Professor Rathe, der für Holmes nicht nur der Fechtlehrer und ein Mentor, sondern auch ein Vaterersatz war. Gemeinsam gelingt es Holmes und Watson schließlich, die Rame Tep und ihr geheimes Hauptquartier in einer hölzernen Pyramide zu vernichten und Rathe in die Enge zu treiben. In einem Fechtduell auf der vereisten Themse kann Holmes Rathe besiegen. Doch die Geschichte endet tragisch: Elizabeth stirbt, nachdem sie von einer Pistolenkugel, die für Holmes bestimmt war, getroffen wird.

Am Ende verlässt Holmes die Schule, da ihn dort zu viel an Elizabeth erinnert. Er will sich einer Ermittlerkarriere widmen und verabschiedet sich von Watson, aber nicht ohne das Versprechen, dass man sich wiedersehen werde. Am Schluss stellt es sich heraus, dass Rathe seinen Sturz in die eisige Themse überlebt hat: Während des Abspanns sieht man, wie er in einem verschneiten Berghotel einkehrt und nun unter einem neuen Namen lebt: Professor Moriarty.