电影讲述了武周年间，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。
影片讲述了一个离奇的“弑夫”案，大婚当日，新娘婚房内连杀四人后大喊着“不是我”冲出房间，接着举刀剖腹自尽。作案过程都被宾客们看在眼里，但他们却不约而同地将矛头指向了一个身形柔弱的少女，直指她才是幕后真凶。就连少女本人也自愿认罪伏法，透露自己是“天煞孤星”，专克亲近之人。无辜看客林间丧命、关键人物狱中惨死、神秘村庄尸野遍地，但凡和事情有一点关系的人，似乎都逃不开死亡的悲剧。一次次被切断的线索，仿佛预示着狄仁杰身处巨大险局之中，他会相信“灾星”一说吗？他能否走出迷局，揭开真相？随着调查深入，染血的惊世阴谋渐渐浮出水面......
