大唐长安发作一同凶杀案，大食国使节萨罗，在青楼遇害，现场一片狼藉。狄仁杰、洪云奉旨清查，却不料遭到真凶一伙人的潜伏，好友洪云也惨死一个叫天煞的铁勒人之手，而作为贡品，幻涅魔蛾的虫后蛹也被天煞夺青春就是让你张扬的笑，也给你莫名的痛。。因办案不利，狄仁杰被武则天革职查办。一晃数年，刚刚称帝的武则天一夜之间，身中癫狂奇毒，疑心有人下毒，于是命金吾卫统领元丰，召狄仁杰回京，秘查此案。而此时的狄仁杰，曾经成为一个农夫，每日和怀孕娇妻为伴，不曾想元丰的到来，会打破生活的安静。面对元丰的央求，看破宦海沉浮的狄仁杰，断然拒绝，而妻子却开解丈夫，为了社稷安宁，天下百姓，狄仁杰再三犹疑，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，让狄仁杰颇为慨叹之际，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，捉住一只可疑的飞蛾，于是和元丰，带回新居的实验室，药液检测之下，居然发现，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，但由于不是完全体的幻涅魔蛾，所以毒性不强，只能日积月累，才干杀死目的。就在二人商量下一步举动之际，天煞带着手下偷袭，意欲杀人灭口，但惋惜面对狄仁杰、元丰，还是狼狈而逃。为了给武则天解毒，狄仁杰带着元丰，经过乱葬岗的地道，离开了九幽城寻觅知晓虫道的洪云妹妹---飞羽。知晓虫道的飞羽帮二人，以幻涅虫王调制了魔蛾的解毒药剂。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。但是，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，命元丰诱惑狄仁杰寻觅飞羽，从而黄雀在后，失掉天底下独一的幻涅虫王，用来制造真正的完全体幻涅魔蛾，以毒杀李氏宗亲，稳固皇位。狄仁杰、飞羽以谋反罪，锒铛入狱。元丰在得知真相后，弃暗投明，放出了狄仁杰、飞羽。三人依据元丰脚底的碳粉，在洛阳的废弃铁匠铺，找到了铁勒部的老巢，却迟了一步，诺依德等人曾经潜入武则天寿诞。从潜伏的天煞口中得知，诺依德并不计划听命武则天，而是方案背叛她，杀死一切大唐皇族重臣，从而里应外合，入主中原。处置掉天煞后，狄仁杰等人伪装成天竺国使节，潜入寿诞，齐心合力，成功阻止了幻涅魔蛾的分散，挫败了诺依德的阴谋。而经过此时，武则天也看法到亲情比龙椅更重要，于是坚持了对付李氏的想法，犹疑之下，还是放走了忠君爱国的狄仁杰。于是乎，狄仁杰、飞羽告别元丰，踏上了回家的路。
