唐朝麟德年间，唐高宗与武则天强硬派出大军远征，谁知舰队在大海中遇袭，遭到重挫。该事件震惊洛阳，都城百姓狂热祭拜龙王，缭乱众生的“花魁”银睿姬更惹来各方势力觊觎。狄仁杰奉武后之命调查龙王一案，偏巧卷入绑架银睿姬的案件之中。在与劫匪搏杀过程中，狄仁杰遭遇亦敌亦友的大理寺卿尉迟真金，遂被对方投入大牢。银睿姬一案内龙王身影再现，使洛阳上空更添一道疑云。狱中狄仁杰凭借缜密推理博取回纥医工沙陀忠的信任，逃出大牢同查龙王真相。两起案件错综复杂，相互纠缠，引向全然未知的方向……

唐武则天时期，十几年对突厥的战争结束了，天下太平举朝欢贺。此时的狄仁杰，已因故被贬为彭泽县令。这一天，满朝文武齐集太极殿，准备迎接突厥议和使团的到来。武则天俯视群臣，为狄仁杰未能到场深感遗憾。武三思却认为，狄仁杰被贬彭泽是罪有应得，若不是武皇天恩，他早就粉身碎骨了。

《神探狄仁杰》由《使团惊魂》、《蓝衫记》和《滴血雄鹰》三个各自独立又息息相关的故事组成。《使团惊魂》讲述武周年间，突厥战争结束，举国上下迎接突厥议和使团的到来。然而就在使团逗留期间，京城接连突发了几件举国震惊的大案。严峻的内忧外患令武则天忧思如焚，急调狄仁杰进京火速破案。《蓝衫记》中狄仁杰与护卫李元芳正在乡间暗查民情，然而一起一天内连发两起命案的案件引起了他们的注意。《滴血雄鹰》则由一幅用鲜血图画的滴血雄鹰引出。