柯南·道尔的写作状态非常稳定，平均每天写3000字，他习惯用钢笔手写，一经写完就没有兴趣再改，认为一气呵成后任何更多的思考都“没有必要，那是浪费时间”。写《白色纵队》时，他花了两年的时间研究、创作，读了150多本各类著述，写满十几个笔记本。例如在“弓箭手”这一词条下面，他就搜罗了从作战场所、士兵训练到士兵间可能会说的脏话等资料，极尽详备。而完成一篇福尔摩斯的故事，他很少超过一周，不乏错误与前后矛盾之处。比如他最喜欢的《斑点带子案》，故事中的“沼泽地蛙蛇”根本就不存在，蛇类也不像书中写的那样爱喝牛奶。但他对这些毫不在意。编辑写信告诉他在某个地区并没有他提到的那条铁路线，他回答：“那是我建的。”
柯南·道尔还做过多种尝试：诗歌、话剧、战争史，参与电影改编，而他花了很大精力的严肃文学创作，都不敌福尔摩斯扶摇直上的声名，他抱怨福尔摩斯大受欢迎，使得他的其他作品不能得到“应得的赏识”。他似乎越来越不能忍受这位主人公。“我想把福尔摩斯干掉，一了百了！”大侦探的故事面世仅4年后，柯南·道尔就在给母亲的信中如此写道，“因为他让我无法构思更好的作品。”母亲劝他好好考虑，当时他的年收入已因福尔摩斯高达3000英镑。
1893年12月，他终于在《最后的问题》中对福尔摩斯痛下“毒手”，大侦探在与老对手莫里亚蒂的较量中同归于尽。噩耗传来，大批读者如丧考妣。柯南·道尔被愤怒的读者来信淹没了，伦敦的工人们在手臂上戴上了黑袖章，还有女士宣称要用手提包抽他……意志坚定的柯南·道尔不为所动，直到10年后，才让福尔摩斯在《空屋冒险》一案中“复活”归来。
1899年第二次布尔战争爆发，40岁的柯南·道尔报名参军，为此差点与母亲闹到决裂。除了强烈的爱国之情，他也想掌握第一手资料，为写一部战争历史小说做准备。这场最初被媒体称为“喝杯茶的工夫就会结束的战争”，后来持续了将近3年，双方都损失惨重。英军内部爆发了恶性伤寒，有的医生因无法忍受而打道回府，柯南·道尔则坚守着岗位，在前线采访的记者描写道：“屠宰场一样的病房里，柯南·道尔医生像马一样地工作着……”
他在1917年创作的福尔摩斯系列故事，也加入了时代背景，推广词变成了“福尔摩斯智斗德国间谍”。小说中设定生于1854年的福尔摩斯此时已年过六旬，最后的结局是大侦探心生倦意，隐居英国南部乡间，专心研究养蜂事业去了。
柯南·道尔一生共写了60个福尔摩斯的故事，1927年发表的《新探案集》是他最后写的福尔摩斯故事，水准大不如前。他承认：“福尔摩斯就像他的作者一样，关节有点僵了，但是我已尽力了。现在的确是永别的时候了。”1930年7月7日，柯南·道尔因病离世。