大唐长安发生一起凶杀案，大食(shi)国使节萨罗，在青楼(lou)遇害，现(xian)场一片狼藉。
　　狄仁杰(jie)、洪云奉旨追(zhui)查，却不料遭(zao)到真凶一伙人的埋伏(fu)，好(hao)友洪云也惨死一(yi)个叫(jiao)天煞的铁勒人之手，而作为贡品，幻涅(nie)魔蛾的(de)虫后(hou)蛹也被天煞(sha)夺取。因(yin)办案(an)不(bu)利(li)，狄仁(ren)杰(jie)被武则天革(ge)职查办。
　　一(yi)晃数年，刚刚称帝的武则(ze)天一夜之间，身中癫狂奇毒(du)，怀疑(yi)有人下(xia)毒，于是命金吾卫统(tong)领元(yuan)丰，召狄仁杰回(hui)京，秘查(cha)此案(an)。
　　而此时的狄(di)仁杰，已(yi)经成为一个农(nong)夫，每日和怀孕(yun)娇妻(qi)为伴，不曾(ceng)想(xiang)元丰的到来，会打破生活的平静。
　　面(mian)对元丰(feng)的(de)恳求，看破宦海(hai)沉浮的狄仁(ren)杰，断(duan)然拒绝(jue)，而妻子(zi)却(que)开解丈夫，为了社(she)稷安宁，天下(xia)百姓(xing)，狄仁杰再三犹豫，还是告别妻子，和(he)元丰秘密回京。
　　在(zai)武则天的寝室，曾经的一代(dai)女皇(huang)，形如枯槁，生命如风中(zhong)残(can)烛，让狄仁杰颇为感慨之际，元(yuan)丰突然(ran)中毒(du)，大(da)发癫狂，攻击(ji)狄仁杰。
　　在(zai)制服元(yuan)丰后，狄仁杰(jie)在现(xian)场，捉住一只(zhi)可(ke)疑的飞(fei)蛾，于是和(he)元丰，带回(hui)故(gu)居(ju)的实(shi)验室，药(yao)液检测之(zhi)下，竟然发现，此飞(fei)蛾是产自(zi)大食国的幻涅(nie)魔蛾，也(ye)是(shi)当(dang)年，被天煞等铁勒人(ren)抢走的(de)大食(shi)国贡品，其(qi)蛾粉(fen)，剧毒无比，能令人致(zhi)幻(huan)癫狂(kuang)而死(si)，但因(yin)为不是完(wan)全体的幻涅(nie)魔蛾(e)，所以毒性不强，只能日积月累(lei)，才(cai)能杀死目标(biao)。
　　就在二人商量下一步行动(dong)之(zhi)际(ji)，天煞带着手下偷袭，意欲杀人灭(mie)口(kou)，但(dan)可惜(xi)面对狄仁杰(jie)、元丰，还是狼狈而逃。
　　为(wei)了给武(wu)则(ze)天解毒，狄仁杰(jie)带着(zhe)元丰，通过乱葬岗的地道，来到了九幽(you)城寻找精通(tong)虫道的(de)洪云妹妹---飞羽。
　　精(jing)通虫道的飞羽帮二(er)人，以幻(huan)涅虫(chong)王调制了(le)魔(mo)蛾的解毒(du)药(yao)剂。与(yu)此同时，天煞带人(ren)偷袭，三人杀(sha)死天煞，逃出生天，并成功将药剂(ji)，带回皇(huang)宫，给武(wu)则天服(fu)下。
　　然而(er)，这一切(qie)其实(shi)是武则天的苦肉计。
　　原来，她和铁勒首领诺(nuo)依德合谋，命元丰引诱狄仁杰寻找(zhao)飞羽，从而黄雀在后，得到天底下唯一的(de)幻涅(nie)虫(chong)王，用(yong)来制(zhi)造真(zhen)正(zheng)的完全体幻涅魔蛾，以毒杀李氏宗亲，巩固皇位。
　　狄(di)仁杰、飞羽以谋(mou)反(fan)罪，锒(lang)铛入狱。
　　元丰在得知真相后，弃暗(an)投(tou)明，放出了狄仁杰、飞羽。
　　三人根据元丰脚底的碳粉，在(zai)洛阳的废(fei)弃铁(tie)匠铺，找到了铁勒部(bu)的(de)老巢，却迟(chi)了一步(bu)，诺(nuo)依德等人已经(jing)潜入武(wu)则天寿诞。
　　从埋伏(fu)的天煞口中得知，诺依德(de)并(bing)不打算听命武则天，而是计划背叛她，杀(sha)死所有大唐皇族重臣(chen)，从(cong)而里(li)应外合，入主中原。
　　解决掉(diao)天煞后，狄仁杰等人伪装成天竺国使节，潜入寿(shou)诞(dan)，齐心合力，成功阻止了幻涅魔(mo)蛾的扩散，挫败(bai)了诺依德的阴谋。
　　而经过此时，武则(ze)天也意(yi)识到亲情比龙椅更(geng)重要，于是(shi)放(fang)弃了(le)对(dui)付李氏的想法，犹豫(yu)之下，还是放走了忠(zhong)君爱(ai)国(guo)的狄(di)仁杰。
　　于是(shi)乎(hu)，狄仁杰、飞羽告别元丰(feng)，踏上了回家的路。