Julian Emery, familèrement "Stinky", vient rendre viste à son ami Watson au 221B Baker Street. Pendant que Watson prépare le thé, Holmes interroge Stinky à propos de sa blessure au front. Stinky raconte qu'un voleur lui a dérobé une petite boîte à musique sans valeur alors que, grand collectionneur de ces objets, il est détenteur de nombreuses pièces inestimables.
Holmes s'inquiète pour Stinky lorsque celui-ci lui affirme qu'il a été agressé le soir même de l'achat de cette boite à musique dans une vente aux enchères. Effectivement un peu plus tard dans la soirée, Stinky reçoit la belle Hilda Courtney qui use vainement de son charme pour récupérer la boite. Devant son obstination de collectionneur et son désir empressé, il est assassiné par le mari de Hilda, déguisé en chauffeur.
Holmes apprend le lendemain que trois petites boites à musiques fabriquées par un détenu de la prison de Dartmoor ont été vendues aux enchères et que Stinky n'était donc que le premier acquéreur. Persuadé que les voleurs cherchent les trois boites à musique, le détective se rend chez le deuxième acquéreur mais trop tard, la boite a été dérobée aussi.
Holmes cherche désespérément le mobile des voleurs et apprenant que le fabricant des boites a été condamné pour le vol des planches à billets de la Banque d'Angleterre comprend que la musique des petites boites contient le lieu où sont cachées les planches. Avec l'aide d'un ancien cambrioleur expert en musique et d'une suggestion providentielle de Watson, Holmes déchiffre le message. Devenant trop gênant les voleurs essayent de se débarrasser de Holmes mais échouent. Comme il a déchiffré le message il sait où se trouve les planches et les bandits sont pris la main dans le sac.
14e et dernier film holmésien de la série Basil Rathbone. Le générique annonce un film adapté d'une histoire de Conan Doyle, mais il ne s'agit que d'une inspiration. En effet, Les boites à musique remplace les bustes de Napoléon de l'aventure Les six Napoléon mais la ressemblance s'arrête là.
C'est aussi le 11e film réalisé par Roy William Neill de la série de douze que La Universal Picture, prenant la suite de la MGM, consacrera aux célèbres aventures de Sherlock Holmes et Watson. Roy William Neill décédera juste après la fin du tournage.