張大人被殺，王大人懷疑出現在案發現場的 李婉青(戚薇 飾)是兇手，李婉青辯解自己不是兇手， 狄仁杰(黃宗澤 飾)用現場分析的手法幫助李婉青解圍，證明了李婉青并非兇手，但是狄仁杰還是希望王大人給他點時間抓住兇手。狄仁杰來到柴房，他從門縫看到李婉青被關押， 武媚娘(林心如 飾)路過時幫他見到李婉青，李婉青回憶起兇手的模樣，對狄仁杰說她判斷是個男人。狄仁杰見武媚娘抱了一個空弦的琵琶，問道為什么沒有琴弦，明空認為可能是小尼姑在搞惡作劇，但狄仁杰覺得沒這么簡單。

元芳在張大人的身上發現了一首藏頭詩，狄仁杰和元芳看到后雖然不能立馬解出來但是覺得這首詩沒那么簡單，在綜合他聽到的話，他覺得很有可能跟二十多年前的秘密有關系。

經過元芳和狄仁杰他們雙劍合璧徹夜調查，狄仁杰和元芳幾乎同時發現了線索解開了謎底，他們叫來了所有的人，重現了案發經過，經過很多人的求情皇帝開恩放了李婉青。元芳這時候拿出那首藏頭詩，證明了兇手就是歐陽昊天(李少亭 飾)。皇帝也下令抓捕歐陽昊天，可是沒想到的是歐陽昊天上吊自盡或許是他殺。

一切線索又斷了，似乎他們離秘密越來越近，但是同時付出的代價也很慘重。狄仁杰和元芳發現桌子上的書信，表面顯示是自殺，但是狄仁杰覺得沒有那么簡單，不像是自殺。狄仁杰在房間中搜查線索佛龕前拿起杯子，他相信房間里有第二個人存在，而種種證據顯示了周道(鄧鋼 飾)的嫌疑。經過元芳和狄仁杰的雙劍合璧，他們抓住了周道找出證據，周道也說出了當年殺人分錢的事情，但是秘密似乎并未解開，狄仁杰想要知道天王殿下面埋葬的妃子的身份，周道勸狄仁杰還是不知道的好，究竟還有什么樣的秘密被埋葬著。