唐朝麟德年間，唐高宗（盛鑒飾）與武則天（劉嘉玲飾）強硬派出大軍遠徵，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一案，偏巧捲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。銀睿姬一案內龍王身影再現，使洛陽上空更添一道疑雲。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……