在唐高宗当政期间，阎立本偶然遇到狄仁杰（任嘉伦饰）因冤屈而被关进监狱。在帮助他自我辩护后，阎立本发现狄仁杰在破案方面极具天赋。恰逢皇帝派他前往感业寺调查案件，他决定带上狄仁杰一同前往。到达感业寺后，狄仁杰揭开了一桩奇案，解救了佛门的危机，并与武媚娘结识。狄仁杰因此声名鹊起，被皇上委派到并州。在那里，他连续破解多个疑难案件，被封为神判。其间，发生了一起关于前朝阴兵作祟的案件，狄仁杰前去调查，结果发现案件与前朝宝藏以及濮王李泰的谋反企图有联系，然而证据被销毁，案件无法进一步发展。此时，武媚娘被指控杀害亲生女儿，并嫁祸于王皇后，皇上召狄仁杰回到长安调查此案。根据武媚娘提供的线索，狄仁杰成功破案，在李泰的住所找到了前朝的宝藏，成了濮王谋反的铁证。而狄仁杰也意识到，在此前的破案过程中，每当他遇到困难时，给他指点的人竟然是武媚娘，只觉得她深不可测，野心极大。果然不久之后，唐高宗因病让武媚娘与他共同执政，两人并称为二圣临朝。