武则天(刘嘉玲饰)登基之前,修建了高达三百尺的通天浮屠。完工之前,却先后发作命案: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担任此案,却遭刺客袭击。所幸其早有防范,加之上官静儿陪护,得以脱身。狄仁杰扫除了疑心对象琅琊王李宵(姚鲁饰),并拒绝了其一致武后之约。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,希望从昔日太医汪驴口中取得真相,不想遭遇潜伏,疑似国师显身,杀手集结,令三人难以脱身。但是,一番缠斗之后,案情似乎有了真相大白的转机……