居住在驿馆的狄仁杰习惯性地观察着驿站众人，父亲旧部管家洪亮希望狄仁杰可以去考取功名，但是狄仁杰不予理会。一队武侯冲进驿馆捉拿偷盗之人，武侯首领无法找出真正的盗贼，决定将驿站全员逮捕。狄仁杰凭借几天内对驿站众人行为的观察，推断出嫌疑人是躲藏在此的假账房先生，驿馆住客对狄仁杰倍加尊重。狄仁杰一行三人被抓进县衙，昔日老师魏无疾前去解救。魏无疾对狄仁杰进行劝解，希望他去考取功名。

鞠水楼火灾废墟中，昏迷的狄仁杰被拍醒，被两位官差架起至街上，拉在马后拖行至县衙。县令要求狄仁杰签字画押，承认鞠水楼着火为天火，否则就认定狄仁杰是放火凶手。狄仁杰联想前后事件，拒绝签字。魏无疾出面作保，为狄仁杰戴上脚铐。狄仁杰为洗脱嫌疑，答应协助县令在一旬内找出真凶。狄仁杰一行人来到验尸房，发现只有一具女尸是被熏死的而非被烧死。狄仁杰悄悄重回火灾现场，推测验尸房那名女子就在这间暗间里死去的，而这名女子的身份可能是宫女。

狄仁杰三人去市场打听与徽章有关的消息，最后发现此徽章属于玄甲军，叛将康怀恩旧部。马荣在案牍库无意间带回的康执宜案牍帮了大忙，得知康怀恩是康执宜的父亲，狄仁杰由此推断蚕舍和鞠水楼的案件都与康执宜有关。狄仁杰找到魏师，告诉他自己的推测，魏师提醒狄仁杰尽快抽身，长安城的权贵势力是任何人开罪不起的。长孙卿为与皇后斗争，在长安街头游行请罪，宣称自己要供奉三万贯香烛以求大唐平安盛世。

在狄府，狄仁杰发现了父亲的雨龙剑。狄仁杰回到魏府，无意间发现了魏师曾经的朱批，酒壶里有可以自燃的㷋石，又发现魏师用来捆缚书籍的绳与火烧鞠水楼捆绑门把手的绳是一样的。结合种种证据，狄仁杰推测出这一切的幕后主使就是魏师。一行黑衣人入院，洪亮与黑衣人打斗后发现竟是长孙卿的势力。狄仁杰与一名黑衣人一路纠缠来到山上，此时黑衣人揭下面罩，竟是康执宜，而皇后竟然也在山顶等着他。

狄仁杰等人在去往蓬莱的路上发现了男子尸体，并将尸体放在马车上带回城，准备调查男尸死亡真相。进入蓬莱城，狄仁杰等人发现城内民众十分有规矩，对此产生了疑惑。滕坎听闻狄仁杰上任，特来路边相迎，邀请狄仁杰参加宜春宴。狄仁杰推脱不过，令众人回府，独身赴宴。滕坎向狄仁杰介绍自己的夫人银莲，宴会上宾客恭喜滕坎诗作夺魁。狄仁杰来到验尸房检验无名男尸，请来画师为男尸画像，利用画像全城认尸。

滕坎自认当晚是自己癫狂发作刺死银莲，请求死罪。狄仁杰来到验尸房检验银莲尸体，认为此案尚有疑虑。马荣回府，向狄仁杰讲述自己前一晚与霸宗比试的经历，最终以狄仁杰是否能破无名尸案件为赌注。霸宗给了马荣三颗骰子，许诺每颗骰子可为他们做一件事。狄仁杰到滕府向滕坎了解案发经过，滕坎讲述自己与银莲的相处过往及四漆屏的故事。狄仁杰接到书画铺老板报案，称书画铺有人闯入，贴了很多无名尸的告示画像和落款为徐凯的女子挂像。

在狄仁杰逼问下，陈守备坦白自己收了神秘人的钱，放李翰离开。狄仁杰来到滕府向滕坎询问李翰相关信息，谈话过程中狄仁杰意外发现滕坎书房中悬挂有马鞭，和一份银莲生前的诗稿，且有一份滕坎修改过的相同诗稿。出府后，狄仁杰回想起赖二娘子曾说银莲水性杨花，与马荣去往城中一处情人幽会的场所进行调查。狄仁杰利用霸宗的第二颗骰子成功进入幽会房间，根据线索推测此地是徐凯与银莲的幽会之处。

狄仁杰来到滕府与滕坎对峙，揭露了四漆屏变化的原因，滕坎伪装疯癫之症的真相。滕坎自认为杀妻一事并无证据可将自己治罪，不料狄仁杰早已令马荣将滕坎的诗稿送去长安，揭露了滕坎利用银莲诗稿京畿夺魁一事。狄仁杰破了无名尸的案件，赢了霸宗的赌约，自此蓬莱城依法治理。海上一艘大船冒雨前行，水手王立德将船员全部杀害，唯独遗漏了一个藏在暗舱内偷渡而来的百济水手。

狄仁杰向刘中使汇报案情，王立德出海后迟迟未归，且有走私军中武器的谋反行为。马荣、乔泰潜入码头放置礼品的帐篷中，不慎将帐篷拉开。刘中使向狄仁杰传达皇后密旨，近期有百济金自蓬莱流入京城，令狄仁杰在一个月内查清此案。一艘大船从海面驶来撞向码头，次日易司事带人上船探查，一番查验后，狄仁杰发现了暗舱内有一个百济人瘦子。狄仁杰等人升堂审问瘦子，瘦子交代了自己在船上偷渡的经历，并称船员身上都有黑焰的纹身。

刘中使召集船上众人到舱室盘查内奸，金桑交代王立德的相好是玉素，只有玉素有与黄金有关的线索。刘中使刑讯玉素，逼问王立德与黄金的下落。狄仁杰与侯愈分析案情，认为是百济人用黄金走私大唐军械，此时大雾散去，众人发现易司事已死，被悬挂在桅杆上。白恺为了避免玉素泄漏百济的秘密要杀死玉素，被乔泰阻拦，白恺逃到甲板后跳海自尽。

被关押的金桑咬碎盛饭的瓷碗，利用碎瓷片打开镣铐逃脱，他挟持了一名船上的士兵逼问玉素下落，之后又挟持了侯愈为人质，要求用玉素来交换。远处海面有多艘黑焰的小船缓缓靠近，收到金桑信号后，黑焰众人搭箭射向官船。官船上一片混乱，狄仁杰从重伤濒死的顾孟彬口中得知，顾孟彬与易司事参与了黄金走私，船上有人要将两人灭口，黄金的买家只有王立德知道。

狄仁杰说明了侯愈的作案手法，侯愈说自己这么做都是有原因的，希望狄仁杰能给自己一条活路。狄仁杰犹豫间，侯愈抽出宝剑誓死一搏，最后大浪袭来，侯愈葬身海底。蓬莱县衙，有人前来报案说钟记质肆不给赎回典当之物，狄仁杰说自己会查明真相，秉公处理的。有人来报郊野外发现一具尸体，狄仁杰盘查现场时发现了一座残败的谯楼。谯楼里有一尊硕大的雨师像，楼里还有一女子莺儿。

狄仁杰一行人带着尸体往回走，马荣说出自己的怀疑。狄仁杰手里拿着一张钟记质肆的票根，马荣回想起早晨的案件，心生疑惑。狄仁杰与曹安看雨师戏，感慨造化弄人。狄仁杰、洪亮验尸，林掌柜看到尸体后十分悲怆。狄仁杰来到街上，得知那夜，钟昉身着蓑衣离开了钟记质肆。狄仁杰在钟记质肆开始盘查，回府衙后回想起白天找到的种种证据。马荣将曹安送给狄仁杰的蓑衣退了回去。

狄仁杰骗莺儿可以带她去找雨师，但莺儿还是跳楼自杀了。狄仁杰军营受挫后来到曹安处对其袒露心声，感慨自己救不了任何人。狄仁杰来到酒楼查到了童兵的去处，发现军营的李校尉在撒谎，一路尾随发现了李校尉在偷藏军营军资。第二日狄仁杰欲抓捕李校尉，却被对方先发制人查出乔泰是逃兵。狄仁杰急中生智，大喊李校尉种种劣迹，洪亮及时赶到救下乔泰。

狄仁杰分析林掌柜是因为钟昉无心于事业，便起了杀心。林掌柜痛诉钟昉的所作所为，表示自己这样做也是形势所逼。狄仁杰洗清了王三郎的嫌疑，三个爱而不得的人铸就了这场悲剧。狄仁杰一行人要离开蓬莱，马荣前来和霸宗道别。狄仁杰走之前来到曹安处道别，屋内却没有人回应，狄仁杰悻悻离开。狄仁杰走出蓬莱，见曹安就在前方等着自己，曹安决心要与狄仁杰一起奔赴兰坊。

乔泰马荣赶来说县衙没了，而兰坊城内多方势力割据无处可去，狄仁杰最后选择在红亭子落脚。老板娘碧玉引众人上楼，简单介绍红亭子后，也说明了兰坊现在的情况。白日解围救人的李公子死亡，而发现李公子死去的人是秋月，秋月表明李公子是自杀，而自杀前在为自己写一封遗书。正在盘问时，碧玉进来打断了众人对话，封锁了现场。狄仁杰一行人深夜进入案发现场进行盘查，被碧玉带来的李县尉抓了个正着，狄仁杰亮出真实身份。

狄仁杰升堂欲肃清兰坊秩序，重建法制，但是无奈当地人对官府的不信任再一次打击到了狄仁杰。狄仁杰盘问发现现场的秋月，秋月和狄仁杰提及自己过往以及与李公子之间的感情，表明自己没有效仿碧玉，杀害李公子的理由。洪亮乔泰排查红亭子人员，却发现魏城已经失踪。众人追踪至魏城家，魏城表明自己不会杀害李公子，而且有人放出暗花找杀害李公子的凶手。

狄仁杰与钱灏对峙后回到红亭子质问碧玉秋月在何处，竟发现秋月失踪。狄仁杰回到红亭子找到李县尉表明自己无路可走，李县尉拿到狄仁杰交予他的信，发现这竟是狄仁杰试探他的计谋。狄仁杰再次升堂，公堂桌子却被人锯断。狄仁杰找到碧玉询问秋月的下落，表明秋月马上就要遭遇危险了。狄仁杰找到曹安，二人推测李公子有可能真的是自杀。狄仁杰探望胡仵作，胡仵作揭露李公子感染了沙蚤命不久矣，佐证了李公子为何选择自杀。

狄仁杰来到监牢看望望东，却听到了马荣与望东的对话，马荣说下次一定不会阻止望东动手，并给了望东一把匕首，被狄仁杰发现并呵斥。韩咏南在家设宴作乐，第二日，家中舞姬死亡，韩咏南失踪，狄仁杰经过一系列盘查，只能将嫌疑锁定在失踪的韩咏南身上。狄仁杰多方排查一路追寻来到驿站，遇到了刁小官，刁小官说自己见过韩咏南，可以帮忙。

狄仁杰一路在沙漠遇到了霍怀礼，霍怀礼说自己见过韩咏南后，众人随即来到了镇西堡。镇西堡城防处，狄仁杰欲揭开尸布确认身份，官兵提醒不要揭开，韩咏南得了瘟病。马荣来到军队中，发现有一丝古怪。另一边，狄仁杰与周霍怀礼的对话中也察觉到事情不是那么简单，狄仁杰和马荣摸索着来到了一处草房，发现了霍怀礼的武器，才发现霍怀礼已被城防兵杀掉。周长义怕东窗事发，于是囚禁了狄仁杰与马荣。

刁小官问狄仁杰坚持是否有意义，狄仁杰带着疑问回到兰坊，却发现自己中了刁小官的计。刁小官向狄仁杰控诉着韩咏南的罪行，让望东不要放弃报仇。望东将刀伸向了韩咏南，却被狄仁杰阻止。刁小官为了帮助望东复仇，与狄仁杰产生了打斗，狄仁杰与刁小官打斗中，望东想要杀了韩咏南，被狄仁杰一箭制止晕了过去。刁小官死在了狄仁杰的箭下，刁小官临死前引来了狼狗，狄仁杰使出最后一丝力气救下了望东。

马荣认为狄仁杰有了曹安后，心思都不在破案上，于是决定自己查案。在调查案子的过程中，乔泰中箭昏迷不醒，马荣懊悔不已。胡仵作在停尸房验尸，告知狄仁杰乔泰很快就会醒来。狄仁杰回到县衙，衙役告知狄仁杰有黑影闪过，狄仁杰发现地上大雁带有纸条，自知自己需要去一趟青川才能解开疑惑。狄仁杰出发去往青川的路上，遇到一骑驴老人，经过老人解围指引，顺利来到了青川，一入青川便发现死了人。

狄仁杰看到韦晟慌张离去，再次盘查时，发现了仓库里的血迹并遭人袭击，葫芦老人出手替狄仁杰解围，狄仁杰回到客栈后看到韦晟，出于本能，对韦晟进行了盘问。狄仁杰问韦晟刚刚干了什么，韦晟劝他不要多管闲事，有时间管管自己的仪容。韦晟带着狄仁杰来到仓库买了一身衣服，狄仁杰发现了一条红裙子。狄仁杰出来后看到小薇，与小薇聊起了她的母亲，而发簪也是她的母亲送她的。

狄仁杰离开青川回兰坊的路上，想起了葫芦老人与他的话，最后选择将黑焰名单烧掉。夜晚，兰坊众人放着天灯时，一辆马车拉着一个纸人走来，狄仁杰发现异常后，上前拿开纸人面具，竟发现了一个头骨。狄仁杰、马荣利用老马识途的方式来到了夫妻二人互砍的案发现场。经过狄仁杰的案件回溯和推理，发现案发现场应该还有第三个人在场，而这起凶杀案的始作俑者就是这第三人。

马荣通过盘查最后找到了萧老板，而狄仁杰和乔泰也通过线索排查到了萧记染坊，众人汇合后，萧老板和他们讲述了纯玉与楚磊之间的事情。狄仁杰一行人来到乱葬岗进行盘查楚磊的尸体，寻找未果后决定去找收尸人林藩。曹安送琴去修理，结识了石匠林藩，曹安回到府衙向狄仁杰说明林藩讨肉的事情，结果此林藩正是与楚磊相关的那个林藩。曹安看到林藩出城，心生疑惑便一路尾随而去。

狄仁杰盘查过程中，突然想起了纯玉的婆家，迅速赶往了桐康村，狄仁杰看到自相残杀、满地尸体的桐康村时，便迅速赶往林藩的住处想要询问清楚细节，却发现曹安昏睡在林藩家中，而林藩则受了伤躺在地上。曹安醒后向狄仁杰说明了自己与黑焰的过往，狄仁杰内心产生嫌隙。狄仁杰重回案发现场，经过细致排查后，判断林藩是个局外人。狄仁杰来到大牢盘问朗夫人，朗夫人将桐康村遭遇的事情叙述了一遍。

由于小木剑和黑焰标记同时出现，洪亮选择向狄仁杰坦白，告知狄仁杰其阿兄狄英就是黑焰。狄仁杰盘问朗夫人其子与纯玉过往后，推测纯玉失踪案件的始末。狄仁杰找到萧掌柜，还原了纯玉、楚磊失踪当天发生的事情，由于萧掌柜的一己私欲，害了自己的女儿纯玉，也害了楚磊，使楚磊蒙冤多年。曹安找到林藩希望自己可以见黑焰一面，狄仁杰为保大家安全，给兰坊所有人都系上了黑焰的标志逼迫黑焰现身。

狄英与狄仁杰分享了自己过往的故事，狄英说了自己一直以来的筹谋，他所坚持的理念。狄仁杰与其对峙搏斗间，误杀了狄英，狄英临死前告知狄仁杰曹安的下落。狄仁杰因兄长的去世而彻夜难免，似是有幻境出现在眼前。本来狄仁杰、曹安二人计划成亲，却因狄英的事情而生出嫌隙。曹安寻至狄仁杰处，希望二人可以一起出游，为二人未来生活祈愿祝福，狄仁杰欣然同意，二人决定一起出游散心。

狄仁杰曹安经过客栈休息，偶遇一老妇找寻自己的孙子，二人并未在意继续上路。行至中途，遇到一众难民，狄仁杰出手相助却不小心受了伤，二人决定返回兰坊，但由于狄仁杰高烧昏迷，曹安驾着马车来到了朝云书馆寻求帮助。曹安听到异响心生疑惑，出门一路追寻，竟看到了周礼在房顶，周礼似是有话对她说，最后，他在掌心写下了一个字后便一跃而下。

狄仁杰托李淼转交给崔先生的檀香出现在门口，曹安心生疑惑便凭借着自己的记忆一路寻去。曹安无意间走进了一个地宫，正在疑惑时，李淼突然出现进行了解释。狄仁杰发现了周礼的尸体，感受到了朝云书馆的不太平。曹安与狄仁杰描述了自己见到的事情后，狄仁杰趁着曹安休息，便在朝云书馆中排查。朝云书馆中，狄仁杰独自一人跟随着自己的推理来到了地宫，由于生病，他在地宫似是看到了哥哥狄英前来索命。

狄仁杰梦中看到曹安离他远去，醒来后推测曹安遭遇危险，于是带领乔、马二人火速赶回朝云书馆。狄仁杰凭着记忆找到了地宫，在地宫牢房中见到失踪男童和李淼，李淼承认一切都是自己的安排，而且他还囚禁了曹安。狄仁杰一行人在地宫中与李淼一众展开搏斗，打断了李淼的祭祀仪式，李淼至死也没有告知狄仁杰曹安在何处。狄仁杰通过自己的回忆推理出了曹安的位置，救出了曹安。