神探夏洛克3故事讲述枪法一流但好色风流的孟波，及欢喜冤家槙村香共同经营以“城市猎人”为名的私人侦探事务所。只要在新宿车站的留言板上写下“城市猎人”的委托暗号“XYZ”，他们就会考虑你的委托。这次，“城市猎人”收到视频创作者安芝的委托，委托内容居然是寻找一只逃跑的猫咪。尽管这个委托看似平凡，却隐藏了不为人知的秘密，孟波被安芝的美貌所吸引，香则为高额的报酬心动不已。两人在寻找逃跑猫咪的过程中，逐渐发现事情并不简单，而背后的真相也逐渐浮出水面，宿命对决即将展开……