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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……
狄仁杰想要把天王下的遗体挖出查明真相，同时李婉青也想要狄仁杰帮忙跟皇帝说把妃子挖出让他们入土为安，狄仁杰很是开心觉得他们想到一起去了，可是他们不知道的是暗处一直有双眼睛盯着他们。
元芳看到元宝拿回来的神像很奇怪，他无意间把两个神像合并起来，这一下提醒了狄仁杰，在加上元宝说的话，狄仁杰觉得这件案子的幕后真凶还没出现，他和元芳从头梳理案情，可是狄仁杰还是觉得要想知道全部真相只有揭开二十年前的谜团才能真相大白。
狄仁杰拜托李婉青陪同他一起去寻找那个疯婆婆，狄仁杰认为现在只有那个疯婆婆才能知道二十年前究竟发生了什么，他们两个人去山洞找到了疯婆婆，狄仁杰刚要问什么的时候，疯婆婆被蒙面人袭击毙命，李婉青也受伤晕倒，黑衣人趁乱逃走。
狄仁杰赶紧把李婉青抱回来医治，可是不知道为什么呼吸都很平稳但是却一直没有清醒，狄仁杰觉得是自己害的李婉青受伤很是自责，他主动请求元芳合作一起破案。
元芳觉得周道可能会遇害，他们赶紧去柴房，但是他们还是晚了一步，周道已经死于柴房，狄仁杰向王大人问询赵将军的身世，王大人对他们说了玄武门兵变之事，狄仁杰若有所思。狄仁杰回去后，重新梳理案情，他终于发现这次的案件与当年的玄武门兵变有关。
狄仁杰多亏了明空师太推出了事实真相，真正的凶手就是一直假装自己腿脚不便的慧园师太，大家都难以相信，但是在狄仁杰举出的种种证据下证明了事情真相。