Mary Russell est appelée par son mari – le célèbre détective Sherlock Holmes – à se rendre dans la lande pour aider à résoudre un mystère à la demande du parrain de son mari. Lorsqu’elle arrive, elle a plusieurs objets qu’il a demandés et est prête à aider à la recherche d’indices. Holmes enquête sur l’observation d’une voiture fantomatique et d’un chien fantomatique, semblable aux Hounds of 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 de diverses sources, mais la plupart sont alimentées par des rumeurs plutôt que par des observations de première main.
Au cours d’un de leurs voyages dans la lande, Holmes découvre une petite bouteille de terre qui est ensuite analysée. Il y a de l’or pur dans la terre, bien qu’il faille un certain temps à Holmes pour comprendre ce que signifie cet indice. Ce n’est qu’un des nombreux indices qu’ils découvrent. Lors d’un dîner avec un homme du nom de Ketteridge, propriétaire du Baskerville Hall, lieu de la célèbre histoire de « Baskerville Hound », Holmes note que le secrétaire de Ketteridge ressemble aux propriétaires d’origine du Baskerville Hall. Ce secrétaire, David Scheiman, semble avoir un rôle dans le mystère, bien qu’il faille un certain temps à Holmes et Russell pour le comprendre.
À un moment donné, Russell se rend seul dans la lande, et c’est au cours 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 sert à quelque chose, mais va écouter la femme. Elle apprend qu’un jeune garçon a vu le chien, bien que le garçon ait été tellement traumatisé que l’histoire de l’observation est restée très silencieuse. De l’histoire, elle apprend que le chien a mangé la collation du garçon. Elizabeth dit alors que le hérisson a été frappé par quelque chose de solide – probablement une roue de voiture – et avait été mordu, apparemment par un chien. Les histoires d’Elizabeth indiquent que la voiture 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 » la terre autour de la lande avec de l’or. Ils utilisent le chariot et le chien fantomatiques pour effrayer les gens de l’opération et s’attendent à ce que la valeur des terres monte en flèche une fois que l’on apprendra que l’or a été découvert. 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’évader. L’intrigue déjouée, Holmes et Russell reviennent passer un dernier moment avec leur hôte.