武周神功元年，乔县突现诈尸，为祸一方，百姓传闻是李唐冤魂借尸还魂，妄图倾覆武周。与此同时，诈尸阴气所形成的恶龙突降神都城，声称武瞾身上龙气将破，命不久矣。面对这种种世所罕见的异象，一代神探狄仁杰临危受命展开了调查。 面对着重重阻力，甚至截杀，狄仁杰与一名长相酷似自己的江湖小人物宋小白联手，通过以假乱真的斗智斗勇，最终用借尸还魂的手段挽救败局，将隐藏在朝堂之中的奸佞连根拔起，并将反派阴谋彻底倾覆。

古人相信命由天定，但其实很多所谓的“天命”背后，真相往往是人力为之。正如本片中人人惧而远之的“天弃女”，实际上只不过是个幼年遭遇变故、为了活下去不得不隐藏自己的苦命人。然而即便是受到了不公正的对待，她仍对生活抱有善意和希望，最终赢得了狄仁杰的尊重和友情。因此本片在注重案件的悬疑性和精彩性的同时，也着重宣扬“种善因、得善果”、“但行好事、莫问前程”的积极思想，同时也通过塑造狄仁杰这样一个公正无私、断案如神的“东方福尔摩斯”的形象，告诫人们“莫以善小而不为，莫以恶小而为之”，以及天网恢恢疏而不漏，任何罪案终于大白于天下的一日，任何人都要为他的罪行付出代价。

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。

荒凉的大漠之中藏有神秘宝物——大漠之心，一些不法分子前往夺取，却遇上了当地神秘守护者的阻拦。经过一番妙趣横生又精彩激烈地争夺，守护者最终保护住了大漠之心。

唐时，太平公主做了个骑着“银雪白马”驰骋月下的“仙境之梦”，女方士玄姬为其释梦，白马为“天马”，并令公主“梦想成真”。玄姬受宠，此时大唐神探狄仁杰侦破了一起“灭门案”，却竟是因为“天马”而酿成的一幕生命悲剧。