有別於第一集登場時，還有點濛濛懂懂，這一次艾諾拉也向哥哥看齊，成為正式替人解決棘手案件的偵探，故事將介紹她首度偵辦的案件，尋找失蹤的女孩。當然過程中也需要朋友幫忙，包括她鼎鼎大名的老哥福爾摩斯。
除了米莉芭比布朗（Millie Bobby Brown），亨利卡維爾（Henry Cavill）、海倫娜寶漢卡特（Helena Bonham Carter）、路易帕里奇（Louis Partridge）等幾位在前作登場的演員，都會加入本次的演出。
導演也是第一集的哈利布萊德比爾（Harry Bradbeer），他表示這一次的故事會讓福爾摩斯兄妹發現，他們必須團結一致，只是不會像是他們期望的那樣，但在電影結束時會成為合作夥伴，「他們會發現各自偵辦的案件是有關連性的，這對他們來說都會是更複雜、更有挑戰性的案子。特別是對艾諾拉來說，這是她的情感之旅。」
扮演母親的海倫娜寶漢卡特，這一次的戲分也會增加，除了與米莉芭比布朗詮釋獨樹一幟的母女關係，她也會在必要時出手，幫助艾諾拉死裡逃生。在現實中，海倫娜寶漢卡特也是年紀輕輕就出道拍戲，就像米莉芭比布朗一樣，因此在導演哈利的眼中，這成了倆人建立關係的基石，「她非常清楚從小演戲就有的壓力跟挑戰，我想海倫娜給了米莉建議、支持與善意的談話，這不意味著米莉需要很多別人的支持，她非常獨立，但我認為海倫娜對於米莉的生活，有很多強烈情感的共鳴。」
加入本集的有大衛休利斯（David Thewlis），他在《哈利波特》系列扮演路平教授，巧合的是海倫娜寶漢卡特在《哈利波特》系列飾演貝拉夫人，各自屬於不同的敵對陣營。但是到了《天才少女福爾摩斯2》，他們的地位互換，這回輪到大衛休利斯飾演壞人，海倫娜則是好人，繼續展開對抗。
米莉芭比布朗不只在戲裡跟亨利卡維爾維持兄妹的關係，戲外也是如此，導演哈利說他們有空都會互相取笑對方，「米莉是那種略帶溫柔的嘲笑，我想亨利應該會很喜歡。」飾演福爾摩斯的亨利卡維爾，透露這一次大神探會有什麼不一樣，「觀眾會在這部片中，發現一個開始分崩離析的福爾摩斯，他碰上了挑戰，為了證明自己可以更強，卻引導他走向下滑的斜坡，唯有艾諾拉可以拯救他。」
米莉芭比布朗則說導演哈利布萊德比爾讓她有點火大，因為導演比她還更瞭解艾諾拉，「他應該是全世界比我更瞭解艾諾拉的人，我們一直在爭辯。我們也很清楚，會有這些講不完的爭辯，是因為我們很愛她。」
