晚清时期，外来入侵，国家内忧外患，民不聊生。黄飞鸿面对列强的压迫，依旧弘扬中国文化，保护民族信仰，与外来者的打击坚持抗争。在这样一个社会动荡的时期，北拳宗师吴镇南，初入佛山北拳南传，却屡屡碰壁，面对黄飞鸿的盛情款待，吴镇南却不愿接受他的帮助。就在这个时候，洋人趁火打劫，把药品研究用在了吴镇南身上，导致两人矛盾再度激化，面对洋人的利用和威胁，吴镇南不得不和黄飞鸿展开激烈的一战。被洋人雇佣来协助研究项目的女孩路小月在秘密研究项目中也慢慢了解到洋人的残暴实验，渐渐地看清了洋人计划，危险一触即发。。。

武周年间，帝京长安接连发生了几起离奇死亡案件。因为死因不明，忠烈祠飞天壁画杀人的谣言愈演愈烈。百姓纷纷认为是天降不祥，人心惶惶。在地方屡破奇案的狄仁杰和神武军都尉谢瑶环奉命一起调查此案，最终不仅破除了谣言，抓住了真凶，还化解了一段二十余年的恩怨。

古人相信命由天定，但其实很多所谓的“天命”背后，真相往往是人力为之。正如本片中人人惧而远之的“天弃女”，实际上只不过是个幼年遭遇变故、为了活下去不得不隐藏自己的苦命人。然而即便是受到了不公正的对待，她仍对生活抱有善意和希望，最终赢得了狄仁杰的尊重和友情。因此本片在注重案件的悬疑性和精彩性的同时，也着重宣扬“种善因、得善果”、“但行好事、莫问前程”的积极思想，同时也通过塑造狄仁杰这样一个公正无私、断案如神的“东方福尔摩斯”的形象，告诫人们“莫以善小而不为，莫以恶小而为之”，以及天网恢恢疏而不漏，任何罪案终于大白于天下的一日，任何人都要为他的罪行付出代价。

狄仁杰在前往大理寺报道任职之际，遭到护花女沈珺瑶的纠缠。同时与正在调查树妖杀人一案和黄金失窃案的武则天身边的女官江寒霜撞上。且因此莫名卷入了一场诡异通灵之事。最终因狄仁杰的聪明博学断案。

《国家宝藏第3季》基础上，增加国宝前世故事的部分和演员排练内容。