唐高宗显庆年间，汴州朱仙镇发生连环命案，三人接连暴亡于几座神兽石雕下。狄仁杰奉命勘查，发现死者身上皆有兽爪抓痕，且是同一生辰八字。经一番曲折探案，狄仁杰终于查出幕后元凶，同时也揭穿“石兽现身”的秘密。

本片取材于中国古典的公案小说，时间背景是唐朝，以少年狄仁杰为主人公，通过一个个生动曲折、活泼有趣的故事，培养观众的逻辑思维能力和推理能力，培植他们的文化素养和审美趣味。

狄仁杰出生在唐朝一家官宦人家，出生后不久，爷爷尚书左丞狄孝绪，父亲夔州长史狄知逊被诬陷谋反，被朝廷杀害，全家被抄。小小的狄仁杰被在朝为官的姑父上官仪收养。狄仁杰从小和表妹上官婉儿跟随姑父审理勘察各类案件，受到耳濡目染，开始了他一生传奇式的断案生涯。

贞观十六年，书生狄仁杰明经及第，与众学子一同踏上太子崇文馆与魏王博文馆的纳士擂台。狄仁杰偶然破解了齐王谋反的玄机，一石激起千层浪，由此狄父失踪、晋王遇险、后宫生变，而狄仁杰自己也因此卷入了生死存亡的夺嫡之战。 半年中，狄仁杰于朝堂之外运筹帷幄，与晋王李治勠力同心，从局外步入局内，先后击败太子李承乾、魏王李治、吴王李恪等劲敌，最终从无名之辈成为北斗之尊。

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唐高宗大兴土木，建成方圆二坛用以祭祀。狄父让狄仁杰娶侍郎的女儿，狄仁杰因其相貌问题不愿意。狄仁杰前往长安，他在客栈里偶遇身着紫色衣服的女人，两人深情对望。就在这时候侍郎女儿童梦瑶怒吼而来，狄仁杰的好事遭搅。神秘人火烧了祭坛，皇上大发雷霆。媚娘在感业寺吃斋念佛，一张纸条突然出现约她相见。在郦妃的建议下，皇上决定去感业寺进香礼佛。

天授元年，民间精怪作乱、怪事频发。狄仁杰奉命暗查奇案，近日听闻降魔邪咒召唤亡灵重回人间，为祸一方，便火速展开调查。当波谲云诡的案情逐渐显露端倪，却将狄仁杰引向了一个更加恐惧的真相，原来世间真有“亡灵”存在……

武周天授元年，潞州司马孔成业因追寻炼丹奇方彼岸花暴毙，民间阴兵祸乱妖邪四起。狄仁杰奉旨查案，抽丝剥茧间发现有人借炼丹之名行灭口之实，于幽冥谷练兵造甲欲图谋反。狄仁杰与鹰扬将军里应外合擒拿叛党魁首，粉碎叛乱阴谋，揭开彼岸花传说下的权力迷局。

武周时期，豫州刺史为早逝的儿子操办冥婚，不料妙龄新娘的尸身突然异变成一具白骨骷髅大开杀戒，所杀之人皆化作森森白骨，惨烈现场只留下一句话“武后死，李唐兴”。武后震怒，急命贴身美女高手尉迟晴协助狄仁杰督办此案。狄仁杰将怀疑的矛头直指李氏子孙越王李贞，却遇骷髅攻击李贞，在狄仁杰与骷髅的混战之中，罹难的百姓竟也变成骷髅并融合成为一个巨大的骷髅将军。案件迷雾重重，狄仁杰能否拨云见日，揪出幕后之人？

唐载初年，位于郊外校场倒塌的通天浮屠残骸一夜之间复活。天空中一条火龙照亮夜空，并喷射火球摧毁了整个校场，死伤无数。随后通天浮屠也燃起大火，化为灰烬。而异族鬼道在城外叫嚣，只有武则天效仿大佛自焚，天下才可免受灾难。城中内外人心惶惶，狄仁杰奉命彻查此案，却遇到了与自己有过节的大理寺少卿裴东升。二人不打不相识，被迫一起调查此案。面对外敌的入侵，队友的不信任，狄仁杰决心背水一战，势要查明案件的真相。