武则天（刘嘉玲饰）登基前，修建了一座三百尺高的通天塔。 尚未竣工，凶杀案接连发生：工部侍郎贾谊、大理寺侍郎薛勇（刘金山饰）相继自焚。 督导沙陀（梁家辉饰）声称这两人因触碰天柱灵符而受到上天的惩罚。 大理寺少臣裴东来（邓超饰）和武则天贴身侍卫上官静儿（李冰冰饰）奉命调查，却被国师陆离指出 案件需要狄仁杰（刘德华饰）调查。 武后下旨释放了关押八年的狄仁杰，并任命为钦差大臣办案，却遭到刺客袭击。 幸好他有戒备，又有上官静儿陪伴，才得以逃脱。 狄仁杰除掉了嫌疑人琅琊王李霄（姚璐饰），并拒绝了他与武则天决斗的约定。 狄仁杰发现死者中了赤焰甲虫的毒，于是带着裴东来和上官静儿夜里探访鬼市，希望能从前太医王陆的心里得到真相。 他不想被隐藏。 疑似皇主出现，杀手齐聚，让三人难以逃脱。 然而，经过一场战斗，案件似乎……
