Mary Russell est appelée par son mari – le célèbre détective Sherlock Holmes – pour se rendre dans la lande pour aider à résoudre un mystère à la demande du parrain de son mari. Quand elle arrive, elle a plusieurs objets qu’il a demandés et est prête à aider à rechercher des indices. Holmes enquête sur l’observation d’une calèche fantomatique et d’un chien fantomatique, semblable aux Chiens de Baskerville. Les observations sont sporadiques mais suffisamment graves pour effrayer les gens. Holmes et Russell passent plusieurs jours et nuits sur la lande à la recherche d’indices. Ils entendent des histoires provenant de diverses sources, mais la plupart sont alimentées par des rumeurs plutôt que par des observations directes.
Lors d’un de leurs voyages sur la lande, Holmes découvre une petite bouteille de terre qui est ensuite analysée. Il y a de l’or pur dans la terre, même s’il faut un certain temps à Holmes pour comprendre ce que signifie cet indice. Ce n’est qu’un indice parmi tant d’autres qu’ils découvrent. Lors d’un dîner avec un homme nommé Ketteridge, propriétaire du Baskerville Hall, domicile de la célèbre histoire du « Baskerville Hound », Holmes note que la secrétaire de Ketteridge ressemble aux premiers propriétaires du Baskerville Hall. Ce secrétaire, David Scheiman, semble avoir un rôle dans le mystère, même s’il faut un certain temps à Holmes et Russell pour le comprendre.
À un moment donné, Russell se rend seule sur la lande, et c’est lors de ce voyage qu’on lui dit qu’Elizabeth Chase veut la voir « à propos d’un hérisson ». Russell n’est pas certain que le hérisson ait un sens, mais va écouter la femme. Elle apprend qu’un jeune garçon a vu le chien, bien que le garçon ait été si traumatisé que l’histoire de l’observation est restée très secrète. De l’histoire, elle apprend que le chien a mangé la collation du garçon. Elizabeth raconte alors que le hérisson a été heurté par quelque chose de solide – probablement une roue de voiture – et qu’il a été mordu, apparemment par un chien. Les histoires d’Elizabeth indiquent que la calèche et le chien sont réels et non des apparitions.
Alors que Holmes et Russell continuent de suivre les indices, ils découvrent que Ketteridge et Scheiman sont des escrocs. Ils se sont associés pour « saler » les terres autour de la lande avec de l’or. Ils utilisent le carrosse et le chien fantomatiques pour effrayer les gens et s’attendre à ce que la valeur des terres monte en flèche une fois que la nouvelle de la découverte de l’or se répandra. Homes et Russell attrapent les hommes en flagrant délit, mais Holmes est capturé. Russell, faisant appel à ses réserves de courage et d’ingéniosité, aide son mari à s’échapper. L’intrigue déjouée, Holmes et Russell reviennent passer un dernier moment avec leur hôte.