狄仁杰在前往大理寺报道任职之际，浦江境内发生杀人夺金案，现场疑点重重，不仅发现血藤、秦川粉蝶、树妖的痕迹，还有不止一股势力出现的迹象。到现场勘查的狄仁杰遭到护花女沈珺瑶的纠缠，与正在调查树妖杀人和黄金失窃案的女官江寒霜撞上，三人结伴调查真相，隐藏在其中的惊天阴谋逐渐浮出水面……

蓬莱县连续发生几起县令离奇死亡案件，局势扑朔迷离。狄仁杰奉命前来调查此案，刚抵达便遭遇了刺杀，但幸得县尉武勇勇敢干练地相救。狄仁杰开始怀疑县丞的角色，然而在他展开调查时，县丞却在家中离奇身亡。线索指向蓬莱县附近的迷雾森林，狄仁杰决定深入调查。在迷雾森林的追踪过程中，他们遭到了埋伏，幸好铁手的及时帮助使得他们脱险。调查的线索引导他们发现东瀛人的踪迹，并准备捕捉他们，但意外地发现白员外被谋杀，其小妾白凤则主动要求在县衙内住宿。当晚，武勇带回了被杀的东瀛人，然而洪姑娘却神秘失踪。深夜，狄仁杰在调查东瀛人时发现了重要线索，并设下陷阱，最终成功抓获了要暗杀他的白凤，揭开了真相。白凤的供词指向迷雾森林深处的真凶。狄仁杰带领手下包围了真凶，竟然是一直被视为英勇正直的县尉武勇。原来，武勇因事情败露，愤羞成怒，企图除掉狄仁杰，最终被众人合力击毙。

武则天登基前，“无头神将”怪物奇袭皇陵，屠杀官兵和工匠。武后派民间神探狄仁杰调查此案。狄仁杰多次涉险后终于发现幕后黑手的身份和无头神将的真面目。敌人袭击祭天大典，狄仁杰摧毁“无头神将”，击溃敌人，保护了武后。

为了清理政敌，酷吏来俊臣布下层层杀机，利用借尸还魂掩人耳目，而其目的便是杀死心腹大患狄仁杰，相貌酷似狄仁杰的宋小白，利用'狄仁杰'的身份，在乔县混吃混喝，却意外卷入了这场阴谋之中，同时也给必杀之局，留下了一道生机。

武周时期，御史中丞胡显德一家被杀，武则天命狄仁杰前往调查。狄仁杰调查发现，原本老实本分的胡显德离奇般参与了一场大案，狄仁杰不禁生疑，察觉此案可能是一个案中案。狄仁杰查案过程中，不断遇见各种诡异事件，案件相关人员也接连离奇死亡。伴随着阴兵索命，案件一筹莫展，狄仁杰被巨大的阴谋笼罩……

该片讲述的是未入朝堂前的青年狄仁杰在恋人公孙玉和好友杨卢的帮助下，通过案件调查抽丝剥茧，智破长安城中“庆忌”小妖杀人案，以及勇保家国社稷和黎民百姓的故事。

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晋阳名伎在大庭广众之下死于一条会自己飞行的红绸之手……鱼兰青遭遇神秘人，被控制了意识。美艳的波斯巫女几次下手，狄仁杰险些丧命，求助于狄仁杰的土豪痴心汉在提供线索后也被诡异的红绸勒死……一切都指向已被灭亡的遥远国度——波斯，谁是敌，谁是友，难辨真假。为救鱼兰青，狄仁杰向“魔鬼”宣战，而这是不可能完成的任务……

狄仁杰授命彻查地方奇异怪事，真假幻术到底谁敌谁友？

讲述了狄仁杰刚进大理寺一个月，调查一桩杀人碎尸案，在看似平淡的案发现场，却突然出现了一个神秘的图案。但就在狄仁杰准备深入调查的时候，却遭到了上级的反对，这让他更加怀疑：幕后肯定有更大的黑手

狐妖夜出谣言四起，百万银饷离奇失踪，押饷士兵无一生还。大理寺卿率人奔赴查案，却遭埋伏身亡，尸体形状诡异。天后震怒，狄仁杰为还将士真实情况而破悬案，历经生死踏上了破解狐妖阴谋的冒险之路。背后的阴谋是权臣...

《狄仁杰之焚天异火》选取了狄仁杰探案经历中最具有特色的篇章之一，截取了公元696年狄仁杰奉旨任魏州刺史的时间点，由蛮族大军攻城背景下的一起离奇死亡案而铺陈开来。