公元690年，武则天称帝，改国号为周。

　　一日，皇宫一直没有人居住的“兰苑”宫内出现了“鬼影”，并出现了一种不知是何物的红水。“兰苑鬼影”的出现，将人们笼罩在一种恐怖的气氛中。随后，供外国使节参观的存放在珍宝楼的国宝全部被盗，从长安用来参展的珍宝途中被劫，使的朝廷上下乱做一团。

　　女皇武则天闻讯大怒，下旨命狄仁杰火速破案。为了查找宝物与真凶，狄仁杰来到狱中，找到了昔日闻名江湖的大盗飞天虎，请他帮忙找回皇宫失宝，条件是事成之后飞天虎可获得自由。飞天虎找到昔日的结拜兄弟毒狼请求帮助寻找，很快就将宝物找回。就在人们忙于欢庆之时飞天虎却突然失踪。这时，大内副总管李公公又惨死在宫中。一波未平，他们又意外发现，找回的宝物全部是赝品。与此同时，由边疆来的朝中女官慕容雨，发现旧时的恋人门固良就是今天朝中的捕快林如雪，然而使他意想不到的是林如雪却不与她相认，几经周折二人才重归于好。而这时，已深深爱上慕容雨的陶甘只得将自己的感情埋藏在心中。

　　就在侦破“兰苑鬼影”案件接近尾声时，更让狄仁杰头疼的事在一个深夜发生了。大食国使节的仆人威尔逊突然暴死于荒郊一偏僻的小屋内，为此引起大食国强烈的不满，他们不信任武皇委派的狄仁杰能够侦破此案，请来了著名的侦探莫尔斯前来侦破。而狄仁杰却在这时，被神秘人下毒，险些致命。莫尔斯的到来很快就找到给狄仁杰下毒的人，就是李公公的亲生女儿草花。

　　武则天要亲自审问草花，谁知草花却在公堂上翻供，一口咬定一切行为都是狄仁杰所指使。在人们的努力下，终于从草花的口中发现了突破口，并设计捉拿了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的“鬼影”之一。

　　伴随着案件的扑朔迷离，陶甘却陷入了感情的旋涡中；大食国的露沙一心一意地爱着他，而陶甘心中爱着的却是慕容雨，深深地爱着露沙的莫尔斯又在不断的寻找陶甘决斗，迷离的案件与复杂的感情交织在一起，成了一团让人理不清的乱麻……

　　人们努力查寻的最大嫌疑犯花蝴蝶也不知被何人所杀。所有的线索都变成了一具具没有感觉，没有思想的僵尸；王德福在狱中发疯，闭口不谈盗宝一事，无人能从他口中查到蛛丝马迹。而另一方面，慕容雨常常发现自己的最爱林如雪与江湖大盗飞天虎偷偷的往来，而对自己又隐瞒着什么。林如雪的表现，使慕容雨一次又一次的陷入苦思，她把这一切归咎于飞天虎……

　　王德福被人劫走，而此人正是飞天虎。从王德福口中，飞天虎知道了偷取“和氏玉璧”的是林如雪。他便又设计软禁了慕容雨，以此威胁林如雪交出宝物。狄仁杰希望飞天虎能尽快将王德福送回，因为他是案件的一个关键性人物。谁知，外出回来后的飞天虎看到王德福已经惨遭不测。这又给狄仁杰出了一个大难题。这已经是第六条人命了。

　　莫尔斯发现了真正的凶手，陶甘对此事也有所察觉。二人再次陷入了苦恼中。

　　狄仁杰发现案件越来越难破，而一向精明的莫尔斯多了一层忧虑，对案件反映显得异常的迟钝……

　　飞天虎拿着林如雪偷来的宝物向狄仁杰投案自首……

　　张柬之请来了城中的第一画家，画出了一副“盖世杰作”使人们大吃一惊……

　　狄仁杰开心的拿着画又一次的踏进了天牢的大门……

　　同时，露沙交待了自己所做的一切，而陶甘决定出家……

　　为了救慕容雨，草花永远闭上了眼睛……

　　一切仿佛已是烟消云散，但是谁也没想到，一场灾难却正降临在武则天的头上……（原标题：《护国良相狄仁杰之古墓惊雷》故事梗概）