唐朝麟德年間,唐高宗(盛鑒 飾)與武則天(劉嘉玲 飾)強硬派出大軍遠征,誰知艦隊在大海中遇襲,遭到重挫。該事件震驚洛陽,都城百姓狂熱祭拜龍王,繚亂眾生的“花魁”銀睿姬(楊穎 飾)更惹來各方勢力覬覦。狄仁傑(趙又廷 飾)奉武後之命調查龍王壹案,偏巧卷入綁架銀睿姬的案件之中。在與劫匪搏殺過程中,狄仁傑遭遇亦敵亦友的大理寺卿尉遲真金(馮紹峰 飾),遂被對方投入大牢。銀睿姬壹案內龍王身影再現,使洛陽上空更添壹道疑雲。獄中狄仁傑憑借縝密推理博取回紇醫工沙陀忠(林更新 飾)的信任,逃出大牢同查龍王真相。
兩起案件錯綜復雜,相互糾纏,引向全然未知的方向……