Лондон. На улицах стоит знаменитый лондонский смог, и Шерлок Холмс изнывает от безделья — в британской столице не совершается ни одного серьёзного преступления. Майкрофт Холмс рассказывает Шерлоку о странной смерти Кадогена Уэста — мелкого служащего Арсенала. Уэст был найден на путях метрополитена с разбитой головой. В карманах у него нашли семь чертежей подводной лодки конструкции Брюса-Партингтона. Чертежи — одна из главных государственных тайн Великобритании, так как подлодка Брюса-Партингтона спроектирована по новейшим технологиям того времени. Нетрудно догадаться, какой переполох в кабинете министров вызвало то, что чертежи оказались не в сейфе Арсенала, а в кармане мёртвого Кадогена Уэста на окраине Лондона.
Дело осложняется рядом загадочных обстоятельств. В день похищения документов Уэст, шедший с невестой в театр, неожиданно бросил её прямо на улице и убежал куда-то в туман. При убитом Уэсте не нашли билета, хотя, казалось бы, его выбросили из вагона движущегося поезда. Орландо ди Лассо — фламандский композитор эпохи Возрождения, чьё творчество заинтересовало Холмса.
Начав расследование, Холмс начинает опрашивать всех причастных к этому делу людей. И тут выясняется, что непосредственный начальник Кадогена Уэста, сэр Джеймс Уолтер тоже мертв. Об этом Холмсу сообщает брат сэра Джеймса, полковник Валентайн Уолтер.
Осматривая железнодорожные пути метрополитена, Холмс приходит к выводу, что тело Кадогена Уэста было положено на крышу вагона метро. Запросив у своего брата Майкрофта список главных международных шпионов, орудующих в Лондоне, с их домашними адресами, Холмс сразу начинает подозревать некоего Гуго Оберштейна. Ведь окна его квартиры выходят прямо на железнодорожные пути метрополитена. Незаконно проникнув в его жилище в сопровождении Ватсона, Холмс находит не только переписку (через газетные объявления в «Дейли Телеграф») уже сбежавшего из Англии шпиона с неким анонимом, но и следы убийства несчастного Кадогена Уэста.
Опубликовав в газете объявление с предложением встретиться, Холмс, его брат Майкрофт, Ватсон и инспектор Лейстред устраивают засаду на квартире Оберштейна. И на встречу со шпионом приходит полковник Валентайн Уолтер. Пойманный, он осознает свою вину и во всем признается. Запутавшись в долгах, полковник принял предложение Оберштейна украсть за большие деньги чертежи подлодки. Кадоген Уэст, выследивший Валентайна Уолтера, ворвался на квартиру Оберштейна прямо во время передачи украденных бумаг и был убит шпионом, после чего тело действительно было положено на крышу вагона. При этом Оберштейн хочет, чтобы в пропаже подозревали убитого Уэста.
Смерть же Джеймса Уолтера последовала вскоре после того, как он застал брата с ключами от сейфа. Холмс предлагает изменнику исправить содеянное. Полковник Валентайн пишет письмо Оберштейну с приглашением встречи, якобы для передачи копии одного из оставшихся семи чертежей, содержавшего критические для конкрукции подлодки блоки. Попавшего в ловушку шпиона задерживает полиция, а Холмс получает приглашение на прием к «августейшей особе».
