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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……
狄仁杰和元芳他们来到玄女宫拆穿玄女的阴谋，有些人还是有所怀疑因为玄女知道他们的过去，狄仁杰元芳拿他们自己的事情来试探玄女，元芳问玄女让她算一下狄仁杰的家父身在何处，玄女答得糊里糊涂。
大家更加搞不明白了，为什么玄女说他们的事情都很清楚猜外人却很准，狄仁杰回答大家这样的情况就只有一个答案，那就是玄女二十年前就是这个镇子上的一员，并且就是在鬼屋引火自焚的妙子和她的孩子。狄仁杰早就找到玄女的师傅，她师傅诉说了在二十多年玄女拜师的全部经过，她称自己的本名就是妙子。
妙子一看再也藏不住自己的身份了，她就说出了二十年前的经过，她就是通过张天师留的那条密道逃出去的，因为当时她真的想要引火自焚，但是妙子点火后自己的孩子哭泣不已才放弃自杀的念头。她原本打算找到张天师行骗所得的钱财，只是没找到，没想到被狄仁杰等人识破。大家都怀疑妙子是杀害老婆婆的凶手，妙子解释说老婆婆尸体出现是她后来才发现的，然后装神弄鬼，她只能冒险埋在神坛下面。
妙子被关押了起来，她口口声声称自己并非凶手，但是种种证据都表面她就是凶手。开庭审理，母女两个矢口否认，但是证据全部指向她们，就跟二十年前她们被逼迫的情景很是相似，妙子心灰意冷，为证清白咬毒自尽，神姬抱着妙子的尸体伤心欲绝，她不明白为什么大家要这么逼死她们母女。神姬无奈之下，承认自己是杀人凶手，李润南再也看不下去了，就站出来证明神姬绝对不是杀人凶手。
因为李润南替神姬作证，她的真名叫秋烟，李润南这几天一直和她一在一起，还表明他喜欢她，秋烟是他进京赶考时认识。李润南进京赶考回来之后发现妙子母女招摇撞骗，他刚开始很生气，秋烟解释原因，李润南很同情她们母女就暂时没有揭穿。王夫人听到后怒火攻心，狠狠打了李润南一巴掌决绝而走，李润南赶紧追了出去。