De plus en plus intoxiqué par ses fréquentes injections de cocaïne, Sherlock Holmes en est venu à soupçonner un illustre professeur d'être un dangereux criminel. Saisissant le prétexte d'une enquête complémentaire, le docteur Watson entraîne son ami à Vienne dans le but inavoué de lui faire rencontrer Sigmund Freud qui a déjà soigné et guéri des toxicomanes. De fait, Holmes, après un traitement intensif, sent ses forces lui revenir peu à peu. C'est alors qu'il fait la connaissance de la cantatrice Lola Deveraux, victime d'un odieux chantage et sous l'emprise de la drogue. C'est le baron Von Leinsdorf, protecteur de Lola, qui est à l'origine de l'empoisonnement progressif de la jeune femme qu'il destine, contre une forte somme, au harem du turc Amin Pacha. L'enlèvement de Lola et son départ en train provoquent une course-poursuite sur rail au terme de laquelle Holmes tue le Baron tandis que Watson et Freud sauvent Lola. Plus tard, Freud peut, enfin, dans le calme, achever la guérison de Holmes, grâce à la psychanalyse.