**大唐长安凶杀案**
在大唐长安，大食国使节萨罗在一家青楼遭遇不测，死状惨烈。狄仁杰与洪云奉旨追查，却不幸被真凶伏击，好友洪云也在天煞手下丧命。幻涅魔蛾的虫后蛹也被天煞夺取。因办案不利，狄仁杰被武则天革职查办。
数年后，刚刚称帝的武则天突然身中癫狂奇毒，怀疑有人下毒。她命金吾卫统领元丰召狄仁杰回京，秘密调查此案。而此时的狄仁杰，已是一名农夫，与怀孕娇妻过着平静的生活。面对元丰的恳求，狄仁杰断然拒绝，妻子开解丈夫，为了社稷安宁，天下百姓，狄仁杰再三犹豫，还是告别妻子，和元丰秘密回京。
在武则天的寝室，曾经的一代女皇形如枯槁，生命如风中残烛。狄仁杰感慨之际，元丰突然中毒，大发癫狂，攻击狄仁杰。在制服元丰后，狄仁杰在现场捉到一只可疑的飞蛾，带回实验室进行药液检测，发现此飞蛾是产自大食国的幻涅魔蛾，也是当年被天煞等铁勒人抢走的大食国贡品。其蛾粉剧毒无比，能令人致幻癫狂而死，但因为不是完全体的幻涅魔蛾，所以毒性不强，只能日积月累才能杀死目标。
三人商量下一步行动时，天煞带人偷袭，意图杀人灭口，但被狄仁杰、元丰制服。为了给武则天解毒，狄仁杰带着元丰通过乱葬岗地道来到九幽城寻找精通虫道的洪云妹妹——飞羽。飞羽帮二人以幻涅虫王调制了魔蛾解毒药剂。与此同时，天煞带人偷袭，三人杀死天煞，逃出生天并成功将药剂带回皇宫给武则天服下。然而这一切其实是武则天的苦肉计。原来她和铁勒首领诺依德合谋，命元丰引诱狄仁杰寻找飞羽，从而黄雀在后得到幻涅虫王用来制造真正的完全体幻涅魔蛾，以毒杀李氏宗亲巩固皇位。
狄仁杰、飞羽以谋反罪入狱。元丰在得知真相后放出了狄仁杰、飞羽。三人根据元丰脚底碳粉在洛阳废弃铁匠铺找到了铁勒部老巢，却迟了一步，诺依德等人已经潜入武则天寿诞。从埋伏的天煞口中得知诺依德并不打算听命武则天而是计划背叛她杀死所有大唐皇族重臣里应外合入主中原。解决掉天煞后狄仁杰等人伪装成天竺国使节潜入寿诞齐心合力成功阻止幻涅魔蛾扩散挫败诺依德阴谋。经过此时武则天也意识到亲情比龙椅更重要于是放弃对付李氏想法犹豫之下还是放走了忠君爱国狄仁杰。于是乎狄仁杰飞羽告别元丰踏上回家路。
