影片围绕武则天迁都途中的金平县连环命案展开。狄仁杰与同僚初到此地便遭神秘势力伏击，全员殉职，仅他一人侥幸逃生。为查明真相，他隐忍追查，与当地捕快展风结成临时搭档。随着调查深入，所谓“食蔓鬼”实为通天神教制造的骇人假象，用以掩盖其偷运兵器、勾结权贵的谋反计划。狄仁杰从死者身上的奇异花粉与铁片铭文入手，顺藤摸瓜潜入神教祭坛，发现教主竟与朝中重臣暗有书信往来，意图借迁都混乱之际发动政变。面对一次次刺杀与栽赃，狄仁杰凭借缜密推理和过人胆识，逐步破解神教仪式中的隐秘符号，最终在祭天大典上当众揭穿阴谋。影片以紧凑的节奏、阴森悬疑的氛围，塑造了一个临危不乱、捍卫正义的少年狄仁杰形象，展现其从幸存者到孤胆神探的成长历程。