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唐武周时代的一年春天，扬州琼花观天下独有的琼花突然枯而复荣，而且竟然绽放出血色花朵，一时间人心惶惶，谣诼纷起，且矛头直指国体，威胁到朝政安全。为此，皇帝武则天特派太子李旦前往镇抚，不料李旦却于抵达扬州后神秘地失踪了。大案惊天，狄仁杰奉旨前往扬州调查，几经坎坷勘破重重迷雾，与助手李元芳深入虎穴，舍生忘死，与齐聚扬州的三教九流各色人等，特别是以刺史窦天德与名士宇文驰为代表的阴谋势力，展开了扑朔迷离、诡谲凶险的智勇比拼与角逐，破获了以《琼花案》和《金人案》为代表的一连串古怪离奇的谜案，不断使犯罪者落入法网，并最终成功地粉碎了反叛势力企图制造混乱、颠覆朝廷的巨大阴谋，迎回太子，制止了动乱。
武则天从噩梦中醒来后知晓了洛阳再次地震一事，朝堂之上武则天再次力建天枢，狄仁杰只道若武皇执意修建那他也言听计从，而国师却对达斯坦的身份加以怀疑，武则天听此勃然大怒将两人都停职反省，把修建天枢一事交给了达斯坦。
达斯坦却不敢从命，他虽然对修建天枢主体了然于胸，但对于炼金术浇铸太阳神鸟却全然不知，因此他无法承担这一神工。武皇听此只好命达斯坦为天枢博士，然后再另行重金和高官悬赏能担此大任者。
大震过后洛阳城内一片狼藉，灾民四起，狄仁杰不忍心看到百姓陷于水火之中，他让元芳将府里仅有的银子都换成大米，熬成粥分发给灾民，而他则前往太平府去见太平公主。另一边，武懿宗与胜蚩伶也在讨论此次的事件，胜蚩伶只道这一切都在他预料之中，现如今国师和狄仁杰都被停职反省，而朝廷的力量又都用于赈灾一事，只要武懿宗他们能够主动请缨建造天枢，那他们复出的机会也就来了。
狄仁杰和国师都来到了公主府，国师想让公主对武皇加以劝说，好让他们官复原职。公主却认为武皇此时正在气头上，除了达斯坦谁都不会相信，她强劝了也无济于事。三人只好另想办法，国师担忧招募来当此重任之人除了滥竽充数，只怕别有用心。狄仁杰却道他心中已经有一个合适的人选可以担此大任。
第二日，张柬之把沉玉请到了府里，他们按照狄仁杰的计划对沉玉进行了一番考察，果然沉玉不负众望，他的建筑才学十分了得。狄仁杰想让沉玉担任建造天枢总监一职，沉玉一番思量后也便答应了狄仁杰。
皇榜刚一贴出，沉玉和武懿宗两人便因争抢皇榜而大打出手，最终两人一起到朝堂之上面见了武则天。沉玉精通波斯语言更加谙熟建筑之术，再加上达斯坦为他担保，而武懿宗却只凭着一颗忠心就想与沉玉争夺此职位，武则天只觉武懿宗是来捣乱的便想命人将他赶出朝堂。
武懿宗此时却突然提出了修建天枢乃需要大量的铜铁一事，收集铜铁也并非易事，他认为沉玉与达斯坦两人并不能做到。而沉玉和达斯坦却认为此事并不难，只是需要人手，他们既然要担此重任也必定能完成此事。两方又再次争夺起了总监一职，最终武则天命沉玉和达斯坦为总监，而武氏两人官复原职，命他们前往全国各地搜集建造天枢所需的原料。
狄府内，狄仁杰认为揭皇榜争夺建天枢的主意并非是武氏子弟所能够想到的，这必定是他们的幕后黑手指挥的。现如今他们需要分两路出击，元芳从即日起要密切注意他们的行动，有任何动向都需要随时向他报告，若遇到紧急情况也可随机行事，直接干预或阻止他们的行动。至于剩下的他自己来处理。沉玉此时也问起了太阳神鸟和十二金人的秘密，他的问题触动了狄仁杰内心深处的隐秘，狄仁杰判断太阳鸟之说绝对不是简单的谜局，也许那正是对手的网绳，正等着他去自投罗网，至于应对之法他心中也有了计较，他决定顺藤摸瓜查清此事。
南雁在沈府内暗中随着一蒙面人来到树林深处，她看到蒙面人在林子里换了一套黑色的衣服和一个狰狞的面具，然后便随着一批人离开树林。令她感到意外的是这名黑衣人竟是自己的父亲易大洪。易大洪便是武氏子弟口中的胜蚩伶，胜蚩伶前去见了武懿宗并将自己的新计划告诉了他。随后，两人便相继离开。
南雁在暗处看到马车离开，而易大洪也走了出来换掉衣服。易大洪换掉衣服之后，南雁也现身此地，她不解易大洪为何会出现在这里，易大洪只道自己是出来见个老朋友。南雁却不肯相信，如果只是见朋友又何需带着面具换上衣服。