武则天（刘嘉玲饰）即位之前，建筑了高达三百尺的通天浮屠。完工之前，却先后发生命案：工部侍郎贾颐、大理寺卿薛勇（刘金山饰）接踵自焚而亡。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）受命查询拜访，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。所幸其早有提防，加之上官静儿陪护，得以脱身。狄仁杰解除了思疑对象琅琊王李宵（姚鲁饰），并拒绝了其匹敌武后之约。狄仁杰发现，死者身中赤焰金龟之毒，遂率领裴东来、上官静儿夜访鬼市，但愿从旧日太医汪驴口中获得秘闻，不想遭遇匿伏，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，案情似乎有了内情毕露的起色……
