唐朝之初一场为缓解旱灾而组织的祈雨祭祀，却被有心之人利用，营造出“千首妖”出没的诡案。聪慧过人的死刑犯独孤也因此被圣上任命调查此案，不料却牵扯出更大的阴谋。
有人正在勒索中央情报局——通过暗杀外国记者，并栽赃CIA。 当世界开始联合起来反对美国时，中央情报局必须出动他们最聪明且叛逆的特工重返江湖，迫使他面对自己曲折的过去，同时揭开一个国际阴谋。
“鬼船”入港，上司为明哲保身而欲以“水匪之乱”草草结案，狄仁杰却隐隐觉得事情蹊跷。大典在即，长安城人心惶惶，皇后命大理寺座沈铭三日之内结案，沈铭只好将破案压力给到狄仁杰。督水监长官冷霁月也加入其中，在案发“鬼船”上又遇见旧识段言。此三人前往长安情报中心“下城”，获得情报。一路探究，连翻长安地下两大势力终于找到秘密所藏之处——云窟。狄仁杰等人进去古陵云窟，连破机关陷阱，陷入绝境之中，狄仁杰依靠土层辨识找到出路，终于突破阳墓找到怀王与大月之遗族饲养龙鳌的阴墓。真相渐渐浮出水面，大典在即，各股黑暗势力伺机而动，而狄仁杰早已明察秋毫布下天罗地网……
