武林高手上官星宇追赶黑衣人途中遭遇一场命案，死者死相怪异，引起了他的好奇心。没想到这只是一连串凶杀案的开始，紧接着出现了密室杀人、医馆惨案，几桩案件的线索都指向了“蝴蝶作案”，大理寺众人深陷谜案之中，师妹莫昭言也身陷危机。上官星宇受托于大理寺调查此案，与南疆奇女、大理寺少卿等人建立破案小组。他们能否拨开层层迷雾，打破僵局查出真凶？
狄仁杰（赵又廷 饰）大破神都龙王案后，高宗（盛鉴 饰）御赐神器亢龙锏，遭天后武则天（刘嘉玲 饰）嫉妒，天后为盗取亢龙锏陷害狄仁杰，召集了一帮会方术的“异人组”图谋不轨，并命令尉迟真金（冯绍峰 饰）带队。狄仁杰在医官沙陀忠（林更新 饰）的帮助下成功摆脱“异人组”迫害，并和尉迟真金商议和解，与此同时“异人组”刺客水月（马思纯 饰）却发现都城出现不明势力，在狄仁杰周旋于武则天的埋伏时，大唐陷入更深的危机，“封魔族”携异术登场，一场“屠魔”大战即将爆发……
狄仁杰在前往大理寺报道任职之际，浦江境内发生杀人夺金案，现场疑点重重，不仅发现 血藤、秦川粉蝶、树妖的痕迹，还有不止一股势力出现的迹象。到现场勘查的狄仁杰遭到 护花女沈珺瑶的纠缠，与正在调查树妖杀人和黄金失窃案的女官江寒霜撞上，三人结伴调 查真相，隐藏在其中的惊天阴谋逐 渐浮出水面……
武则天（刘嘉玲 饰）登基之前，修建了高达三百尺的通天浮屠。竣工之前，却先后发生命案：工部侍郎贾颐、大理寺卿薛勇（刘金山 饰）相继自焚而亡。监工沙陀（梁家辉 饰）称此二人因动通天柱之灵符而遭天谴。大理寺少卿裴东来（邓超 饰）、武后贴身侍卫上官静儿（李冰冰 饰）奉命调查，但国师陆离却指点此案需狄仁杰（刘德华 饰）查办。武后下旨，入狱八年的狄仁杰获释任钦差负责此案，却遭刺客袭击。所幸其早有防备，加之上官静儿陪护，得以脱身。狄仁杰排除了怀疑对象琅琊王李宵（姚鲁 饰），并拒绝了其对抗武后之约。狄仁杰发现，死者身中赤焰金龟之毒，遂带领裴东来、上官静儿夜访鬼市，希望从昔日太医汪驴口中获得真相，不想遭遇埋伏，疑似国师显身，杀手集结，令三人难以脱身。然而，一番缠斗之后，案情似乎有了水落石出的转机……
武周时期，豫州刺史为早逝的儿子操办冥婚，不料妙龄新娘的尸身突然异变成一具白骨骷髅大开杀戒，所杀之人皆化作森森白骨，惨烈现场只留下一句话“武后死，李唐兴”。武后震怒，急命贴身美女高手尉迟晴协助狄仁杰督办此案。狄仁杰将怀疑的矛头直指李氏子孙越王李贞，却遇骷髅攻击李贞，在狄仁杰与骷髅的混战之中，罹难的百姓竟也变成骷髅并融合成为一个巨大的骷髅将军。案件迷雾重重，狄仁杰能否拨云见日，揪出幕后之人？
为了清理政敌，酷吏来俊臣布下层层杀机，利用借尸还魂掩人耳目，而其目的便是杀死心腹大患狄仁杰，相貌酷似狄仁杰的宋小白，利用'狄仁杰'的身份，在乔县混吃混喝，却意外卷入了这场阴谋之中，同时也给必杀之局，留下了一道生机。
唐朝麟德年间，唐高宗（盛鉴 饰）与武则天（刘嘉玲 饰）强硬派出大军远征，谁知舰队在大海中遇袭，遭到重挫。该事件震惊洛阳，都城百姓狂热祭拜龙王，缭乱众生的“花魁”银睿姬（杨颖 饰）更惹来各方势力觊觎。狄仁杰（赵又廷 饰）奉武后之命调查龙王一案，偏巧卷入绑架银睿姬的案件之中。在与劫匪搏杀过程中，狄仁杰遭遇亦敌亦友的大理寺卿尉迟真金（冯绍峰 饰），遂被对方投入大牢。银睿姬一案内龙王身影再现，使洛阳上空更添一道疑云。狱中狄仁杰凭借缜密推理博取回纥医工沙陀忠（林更新 饰）的信任，逃出大牢同查龙王真相。 两起案件错综复杂，相互纠缠，引向全然未知的方向……
仪凤年间，一伙盗墓贼掘出一具神秘食人棺，盘棺金龙冲棺而起，食人棺飞入皇宫大殿，染蛊丧尸破棺而出刺杀帝后，御前侍卫李凌薇舍命救驾有惊无险。大理寺狄仁杰受命展开调查，发现嗜食人肉不惧刀兵的丧尸与二十年前被流放岭南的王皇后一族有关。恰逢龙凤出游赏花灯之夜，诡异的笛声飘荡在长安城上空，丧尸倾巢而出，被咬伤的百姓纷纷染蛊，狄仁杰李凌薇率军拼死抵杀，城内将士却越来越少，蛊人大军却越来越壮大，唯有等到破晓之时，蛊人自焚于太阳底下，可是他们能撑住吗？
影片讲述了一个离奇的“弑夫”案，大婚当日，新娘婚房内连杀四人后大喊着“不是我”冲出房间，接着举刀剖腹自尽。作案过程都被宾客们看在眼里，但他们却不约而同地将矛头指向了一个身形柔弱的少女，直指她才是幕后真凶。就连少女本人也自愿认罪伏法，透露自己是“天煞孤星”，专克亲近之人。无辜看客林间丧命、关键人物狱中惨死、神秘村庄尸野遍地，但凡和事情有一点关系的人，似乎都逃不开死亡的悲剧。一次次被切断的线索，仿佛预示着狄仁杰身处巨大险局之中，他会相信“灾星”一说吗？他能否走出迷局，揭开真相？随着调查深入，染血的惊世阴谋渐渐浮出水面......
叶子和LISA因为去不去救安静而产生分歧，结果被打晕的安静意外出现在安全屋，叶子坦白自己实为特工队长、安静和吴斌的直属上司。安静表示自己大脑已被R计划严重破坏，现在痛不欲生，希望结束生命。Lisa和叶子意外获得解药救活了安静。叶子和LISA参加最终赌局，混乱之下打死泰山老爷，发现被打死的泰山老爷实为替身。与此同时，安静救走了被当做试验品的吴斌，几经周折，终于将真正的泰山老爷绳之以法。
宋金大战在即，不料军中传出军粮贪腐案，皇帝震怒。 京畿总司真德秀听闻，连夜辞官密会贪腐嫌疑人，丘一行。不料当晚，丘一行暴毙，各种线索证实真德秀为凶手。 宋慈、夜白为替师傅真德秀翻案，来到封县追查贪腐元凶。在捕头沈谷钧的协助下，查到可疑之人。却不料每每查到关键，线索人都会被害身死。 通过检验尸体和细微的勘察，以及神秘人岳崇的暗中相助，宋慈最后终于找到元凶，但元凶背后真相却令人难以接受......
长安城发生离奇杀人事件，狄仁杰为查找真相，一路跟随踪迹与凶手周旋，甚至被奸人陷害入狱，最终狄仁杰通过缜密的分析抓到了真正的凶手，长安城恢复了往日的宁静。
武周年间，帝京长安接连发生了几起离奇死亡案件。因为死因不明，忠烈祠飞天壁画杀人的谣言愈演愈烈。百姓纷纷认为是天降不祥，人心惶惶。在地方屡破奇案的狄仁杰和神武军都尉谢瑶环奉命一起调查此案，最终不仅破除了谣言，抓住了真凶，还化解了一段二十余年的恩怨。
文革时期，某夜。科研所小黄（魏娜 饰）被杀，发射导弹的A-1燃料被盗，正受审查的老公安刘杰（于洋 饰）被列为嫌疑目标，公安部门发出追捕通辑令。刘杰在南下的列车上发现了追捕他的苏哲（邵万林 饰），苏正与造反派头目王莉（高菊梅 饰）接头，同时苏也发现跟踪他的刘杰，便掏枪将刘打伤送往火葬场，火葬场老工人很同情刘的遭遇，协助他逃走。刘杰找到王丰年（赵子岳 饰），二人促膝长谈，更加坚定意志。刘杰的学生张强（马树超 饰）也在追捕刘杰，他不相信刘杰是坏人。此时的刘杰在南逃的列车上碰到大串联的魏小明（蔡明 饰），小明也尽力帮助他。跳车后被微山市公安局长他的老战友魏子恒逮捕，战友相见，百感交集，他向魏说明情况，得到魏的帮助。于是，捉拿真正凶手苏哲的行动展开了......