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公元653年。唐高宗皇位未稳急于用泰山封禅彰显皇威。自认血统高贵的安王李承道，卧薪尝胆图谋夺回皇位。李承道派死士暗中阻杀，泰山封禅在一场腥风血雨中惨淡收场。唐高宗在打击后一蹶不振不理朝政。郦贵妃为了制衡在后宫日益壮大的势力，决定让唐高宗把身处在感业寺中的武媚娘接回宫中。唐高宗借以感业寺修葺进香为名，带着官员们一起去寺里进香礼佛多少以挽回封禅受挫颜面，并顺道把武媚娘接回。狄仁杰带着家丁二宝，为躲避婚约尾随到长安述职的父亲。在父亲的引见下，狄仁杰与国丈爷刑部尚书王佑仁见面，狄仁杰这才发现王佑仁之子王元芳竟是当天在市集上遇到了纨绔公子哥。两人不打不相识，王元芳告诉狄仁杰感业寺最近闹鬼的传闻，约他一同前往探个究竟。却随即发生了一系列恐怖案件……成功破解感业寺疑云的狄仁杰得到唐高宗和武媚娘的欣赏与信任，狄仁杰与在寺中结识的李婉清互生情愫，而元芳与梦瑶也互生好感。几人决定四处游历。一路打打闹闹，也屡遇凶险，经历了鸢尾谷的亡灵案，孤岛魔影案，九天玄女童谣杀人案后，狄仁杰与元芳成为挚交好友，两对年轻人的情感也愈加浓烈。但敏感的狄仁杰却始终感觉到了李婉清对身世难以放下，以及身后一股神秘势力在暗中的蠢蠢欲动……
当长孙润泽上船以后超过了那条线，大家开始怀疑长孙润泽，长孙润泽大呼冤枉，觉得是狄仁杰冤枉他。狄仁杰向长孙润泽问询他来鸢尾谷当天的事情，长孙润泽难以自圆其说，支支吾吾，大家就更加怀疑长孙润泽了，但是长孙润泽百口莫辩只得先羁押起来。
这时候，家丁找到了大诚死的时候用过的酒壶，找到了第一案发现场，通过鞋印对比狄仁杰证明长孙润泽并非凶手。
几乎全府的人都被排除了嫌疑，他们再次把嫌疑犯定到了许子牧的身上，他们争吵不休暂时没有定论。如果顺利的话，许子牧他们应该已经踩到鸢尾花了，可是夜幕即将降临，他们都有不祥的预感。祭酒大人决定带着元芳和狄仁杰进入山里，提醒他们天黑之前无论他们找没找到都要撤退出来。
褚尚元一直没出来并非是为了寻找鸢尾花，而是他趁机在寻找着宝藏，可是他不知道的是屠龙堂的堂主一直在跟着他也找到了宝藏所在，就在褚尚元兴奋之时，狄仁杰和元芳找来了，褚尚元为了不暴露宝藏只得先出去跟他们会和。
许子牧好不容易找到了鸢尾花，可是他一不留神就摔下山崖，发出一声惨叫，惨死在谷底。许子牧也摔死了，究竟谁才是凶手，狄仁杰仔细检查衣物，觉得事情有些蹊跷。他觉得许子牧是被人推下悬崖的，而且死前经过激烈的争斗。褚尚元看在这么多年兄弟情分上背他出谷，就这时候狄仁杰发现了褚尚元手上戴的名贵扳指。