Depuis longtemps, Sherlock Holmes est quasiment certain de l'implication de l'égyptologue et enseignant d'archéologie, le professeur Moriarty, dans les activités criminelles de la pègre londonienne. Sans preuves tangibles, Sherlock Holmes est, à plusieurs reprises, vertement averti par l'inspecteur Cooper, de Scotland Yard ; il lui est demandé de rester à l'écart des enquêtes policières. Cependant, quand le collier de Cléopâtre, découvert lors de fouilles en Égypte, est volé, ses soupçons se portent sur Moriarty ; faisant fi des recommandations de Cooper, il mène sa propre enquête, aidé de son ami, le docteur Watson, et tente d'infiltrer le cercle de l'égyptologue...

À Londres, une jeune femme, Vivian Vedder, vérifie que le charpentier a terminé le cercueil pour sa mère récemment décédée, qu'elle doit accompagner en Écosse par le train. Elle embarque, en même temps que Lady Margaret Carstairs (propriétaire du célèbre diamant "Star of Rhodesia"), son fils Ronald, Holmes (qui a été embauché pour protéger le diamant), l'inspecteur Lestrade (qui feint de partir pécher dans le Nord mais qui est lui aussi chargé de la sécurité du diamant), Watson et son ami le major Duncan-Bleek. Après le départ du train, Holmes et Watson examinent le diamant de 423 carats en compagnie de Lady Margaret et de Ronald.