I. rész:A Vörösfejű Liga rejtélye
* Sherlock Holmes és Dr. Watson bemutatkozása: A történet azzal kezdődik, hogy Watson, akit nemrég bocsátottak el a hadseregből, szállást keres Londonban. Megismerkedik Sherlock Holmesszal, a briliáns, de különc nyomozóval, aki híresnek tűnő lehetetlennek tűnő esetek megoldásáról.
* A Vörösfejű Liga: Egy Jabez Wilson nevű vörös hajú férfi meglátogatja Holmesot egy furcsa történettel. Beszervezték a Red-Headed League nevű titokzatos szervezetbe, ahol napi négy órát kellett azzal töltenie, hogy egy régi könyv szövegrészeit másolja. Hirtelen elbocsátották, amikor a Liga megmagyarázhatatlan módon feloszlott.
* Holmes nyomoz: Holmes, akit érdekel a szokatlan eset, nyomoz a Vörösfejűek Ligája ellen. Arra a következtetésre jut, hogy a Liga csel volt, egy módja annak, hogy távol tartsa Wilsont a munkahelyétől, miközben valaki más bankot rabolt ki.
* A bűncselekmény felfedezése: A bűncselekményről kiderül, hogy egy bankfiók kirablását Wilson munkahelyének alagsorában.
* A bűnözők letartóztatása: Holmes, felhasználva deduktív erejét és a bűntudatát, azonosítja az elkövetőket:egy ravasz bűnözőpárt, John Clayt és társát, akik a Vörösfejűek Ligáját használták fel Wilson figyelmének elterelésére.
II. rész:A négyek jele
* Mary Morstan bemutatkozása: Watson bemutatja Holmest Mary Morstannak, egy fiatal nőnek, aki Holmes segítségét kéri. Az elmúlt hét évben névtelenül gyöngyöt kapott ajándékba, most pedig egy titokzatos levelet kapott, amely egy titokzatos személlyel való találkozásra hívja.
* Az eltűnt kincs rejtélye: Mary apja katonatiszt volt, aki nyomtalanul eltűnt. Úgy véli, hogy a gyöngyök az eltűnéséhez és egy elveszett kincshez kapcsolódnak.
* A bűnözők üldözése: Holmes felfedezi, hogy a gyöngyök egy Agra kincsesbánya ellopott kincséhez kapcsolódnak. Ő, Watson és Mary követik a nyomokat, amelyeket egy levél hagyott, és nyomon követik a bűnözőket London dokkjáig.
* Az üldözés a Temzén: A bűnözők Jonathan Small vezetésével hajóval próbálnak megszökni a Temzén. Izgalmas üldözés következik, Watson és Holmes üldözik őket.
* A gazember kinyilatkoztatása: Smallt és cinkosát, Tongát elfogják, de Small tragikus hátteret tár fel. Egykori bajtársa, Thaddeus Sholto ellopta a kincset, és elrejtette.
* A végső összecsapás: A történet csúcspontja Thaddeus Sholto házában játszódik. Small és Tonga megtámadják a Sholto családot, de a konfrontáció Small letartóztatásával és az eltűnt kincs tragikus kinyilatkoztatásával végződik.
A rejtély megoldása: A végén kiderül az igazság az ellopott kincsről, az eltűnt apáról és a titokzatos levelekről. Mary újra találkozik egy rég nem látott testvérével, és az ügyet lezárják. A történet egy jelentős témát is bemutat:a múltbeli sérelmek tartós hatását a jelen életére.