公元690年，武则天登基称帝，改国号为周。皇宫中长期无人居住的兰苑突然出现诡异鬼影，还流出一种不明红水，整个宫廷顿时被恐怖气氛笼罩。紧接着，珍宝楼里原本准备供外国使节参观的国宝不翼而飞，连从长安押送而来的展品也在途中遭到劫掠，朝廷上下陷入混乱。武则天得知后震怒，当即下令狄仁杰限期查明真相。
为了追回失宝、揪出幕后真凶，狄仁杰来到牢中，找到昔日名震江湖的大盗飞天虎，请他协助调查，并答应事成之后还他自由。飞天虎随即找到结拜兄弟毒狼帮忙，两人很快寻回了失窃珍宝。然而，就在人们准备庆贺之际，飞天虎却突然失踪。与此同时，大内副总管李公公惨死宫中，众人还意外发现，追回来的宝物竟然全是赝品。
来自边疆的朝中女官慕容雨，也在调查过程中认出昔日恋人门固良就是如今的朝中捕快林如雪。令她没有想到的是，林如雪始终不肯与她相认。经过几番波折，两人最终重归于好，而早已深爱慕容雨的陶甘，只能将这份感情深埋心底。
就在“兰苑鬼影”一案即将水落石出之时，新的命案再次出现。大食国使节的仆人威尔逊深夜暴毙在荒郊一间偏僻小屋中，引发大食国强烈不满。他们不相信武则天派出的狄仁杰能够破案，于是请来著名侦探莫尔斯协助调查。此时的狄仁杰又遭神秘人下毒，险些丧命。莫尔斯很快查出下毒之人竟是李公公的亲生女儿草花。
武则天准备亲自审问草花，没想到草花在公堂之上突然翻供，反咬一口，声称所有事情都是狄仁杰指使的。在众人的努力下，狄仁杰等人终于从草花的话中找到突破口，并设局抓获大内总管王德福和礼部尚书梁士卿，而梁士卿正是出现在皇宫中的“鬼影”之一。
案件愈发扑朔迷离，陶甘也深陷复杂的感情纠葛。大食国的露沙一心爱着陶甘，可陶甘心中牵挂的却是慕容雨；深爱露沙的莫尔斯则不断寻找陶甘决斗。错综复杂的案件与难以理清的感情交织在一起，使这场宫廷风波更加混乱莫测。
