Osa I:Punapäisten liigan mysteeri
* Sherlock Holmesin ja tohtori Watsonin esittely: Tarina alkaa siitä, että Watson, äskettäin erotettu armeijasta, etsii majoitusta Lontoosta. Hän tapaa Sherlock Holmesin, nerokkaan mutta eksentrinen etsivän, jolla on maine mahdottomalta vaikuttavien tapausten ratkaisejana.
* Punapäisten liiga: Punatukkainen mies nimeltä Jabez Wilson vierailee Holmesin luona oudolla tarinalla. Hänet värvättiin salaperäiseen Red-Headed League -järjestöön, jossa hänen täytyi viettää neljä tuntia päivässä kopioiden kohtia vanhasta kirjasta. Hänet erotettiin yhtäkkiä, kun Liiga selittämättömällä tavalla hajosi.
* Holmes tutkii: Epätavallisesta tapauksesta kiinnostuneena Holmes tutkii Red-Headed League -liittoa. Hän päättelee, että Liiga oli juoni, tapa pitää Wilson poissa työpaikaltaan, kun joku muu ryösti pankin.
* Rikoksen selvittäminen: Rikos paljastuu Wilsonin työpaikan kellarissa sijaitsevan pankin konttorin ryöstöksi.
* Rikollisten pidätys: Holmes käyttää deduktiivisia kykyjään ja tietämystään rikoksesta ja tunnistaa tekijät:ovela rikollisparin, John Clayn ja hänen kumppaninsa, jotka olivat käyttäneet punapäisten liigaa häiritäkseen Wilsonin huomion.
Osa II:Neljän merkki
* Mary Morstanin esittely: Watson esittelee Holmesin Mary Morstanille, nuorelle naiselle, joka etsii Holmesin apua. Hän on saanut nimettömiä helmiä lahjoja viimeisen seitsemän vuoden ajan, ja nyt hänellä on salaperäinen kirje, jossa hänet kutsutaan tapaamaan salaperäinen henkilö.
* Kadonneen aarteen mysteeri: Maryn isä oli sotilasupseeri, joka katosi jälkiä jättämättä. Hän uskoo, että helmet liittyvät hänen katoamiseen ja kadonneeseen aarteeseen.
* Rikollisten takaa-ajo: Holmes saa selville, että helmet ovat yhteydessä Agran aarrekammiosta varastettuun aarteeseen. Hän, Watson ja Mary seuraavat kirjeen jättämiä johtolankoja ja jäljittävät rikolliset Lontoon telakoihin.
* Tahtaa Thamesilla: Jonathan Smallin johtamat rikolliset yrittävät paeta veneellä Thamesilla. Siitä seuraa jännittävä takaa-ajo, ja Watson ja Holmes jahtaavat heitä.
* Pahiksen paljastus: Small ja hänen rikoskumppaninsa Tonga jäävät kiinni, mutta Small paljastaa traagisen taustatarinan. Hänen entinen toverinsa Thaddeus Sholto oli varastanut aarteen ja pitänyt sen piilossa.
* Viimeinen yhteenotto: Tarinan huipentuma tapahtuu Thaddeus Sholton talossa. Small ja Tonga hyökkäävät Sholton perheen kimppuun, mutta yhteenotto päättyy Smallin pidätykseen ja traagiseen paljastukseen kadonneesta aarteesta.
Mristeerin ratkaisu: Lopulta paljastuu totuus varastetusta aarteesta, kadonneesta isästä ja salaperäisistä kirjeistä. Mary tapaa kauan kadoksissa olevan veljen ja tapaus lopetetaan. Tarina esittelee myös merkittävän teeman:menneiden vääryyksien pysyvän vaikutuksen nykyiseen elämään.