公元690年，武则天称帝改国号为周。长安城内接连发生诡异事件：无人居住的兰苑宫惊现"鬼影"与神秘红水，珍宝楼国宝被盗，进贡珍宝途中遭劫。武则天震怒，命狄仁杰彻查此案。狄仁杰启用江湖大盗飞天虎协助破案，虽寻回宝物却发现全是赝品。与此同时，女官慕容雨重逢旧恋林如雪，而暗恋慕容雨的陶甘陷入感情纠葛。案件侦破过程中，大食国使者仆人离奇死亡，外国侦探莫尔斯介入调查。狄仁杰遭人下毒暗算，真凶竟是已故李公公之女草花。随着线索深入，大内总管王德福与礼部尚书梁士卿的阴谋逐渐浮出水面——梁士卿正是制造"兰苑鬼影"的元凶之一。在破案过程中，陶甘还陷入与露沙、慕容雨之间的情感漩涡，使案件与感情线索错综复杂地交织在一起。