武周年间，洛阳一位备受欢迎的舞妓因冤枉而被斩首，死后化为厉鬼，开始索命连环杀人。与此同时，被流放在外的第一神探狄仁杰得到武后的特赦，并被委任为钦差，负责调查这起案件。然而，在他返回洛阳的途中，他遭到人的袭击，结果坠崖失去了记忆。幸运的是，一个被禁止进入洛阳的落魄商贾吕昭元将他救了起来。由于一系列的误会，两人不得不交换了身份，假扮成狄仁杰的是吕昭元，而真正的狄仁杰则成了吕昭元。吕昭元被国相监管，被迫开始调查案件。与此同时，因为伤势恢复，真正的狄仁杰也回到了洛阳。凭借他的调查本能和惊人的洞察力，他很快找到了关键证据——尸身奇香。真假狄仁杰默契配合，利用各自的优势，逐渐接近了真相，最终揭开了“女鬼索命”的幕后真凶的真面目。