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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……
童老爷和史老爷都以为是对方害了自己的女儿，两个人在公堂上大打出手，成何体统！这时候捕快来报说在河边发现了一具女尸。打捞上来一看，居然是失踪了的史燕，史老爷失声痛哭。狄仁杰和婉青赶到现场，婉青仔细的检查完尸体以后，说明了史燕并非溺水身亡，而是死后被人断臂抛尸的。狄仁杰和婉青根据线索来到鬼屋附近查询，经过狄仁杰的勘探很有可能史燕就是在鬼屋被人杀害并且抛尸在河中的。凶手没有想要毁尸灭迹，而是故意利用水流带回到镇上，为的就是制造恐慌的气氛。两个人在鬼屋内查询，无意打开了地面的隧道，里面突然冒出来大量的迷烟，狄仁杰知道了很有可能这里就是第一案发现场，但是奇怪的是为什么凶手要把手臂割下来呢。
元芳和梦瑶来到史家找线索，可是史家的家丁多加阻挠，尤其是不允许童家的人进去。他们之间的争吵引起了史老爷的注意，童梦瑶靠自己的医术进了史家，因为史夫人自从得知史燕去世后就昏迷在床。梦瑶亲自为史夫人施诊，元芳趁机对史老爷询问妙子的事情，二十年前的妙子因为未婚先孕而被夫人赶了出去，妙子为自己辩解说是张天师的原因，可是老爷夫人还是不通人情赶了出去，之后听说妙子自尽而亡，史夫人一直觉得是自己赶走了妙子而耿耿于怀。二十年前，张老爷来史家做法求子，一年以后他们就有了史燕这个掌上明珠。
一切谜团都指向张天师，似乎解开张天师之前的谜团一切都解开了，而童家子弟怀疑是梦熙给史燕下蛊害死了她，元芳怀疑梦熙给史燕下蛊是被人利用了，很有可能是玄女或者神姬。狄仁杰一行人决定亲自去玄女庙查明真相。