大唐長安發生兇殺案，大食國使節薩羅于青樓遇害，狄仁杰與洪云奉旨查案時遭鐵勒人天煞伏擊。洪云被殺，貢品幻涅魔蛾蟲后蛹遭奪，狄仁杰因此革職。數年后武則天突患癲狂奇毒命危，金吾衛統領元豐請狄仁杰復出查案。狄仁杰發現武則天寢室飛蛾系當年失竊的幻涅魔蛾，其蛾粉需長期積累方可致命。天煞率眾襲殺時被擊退，狄仁杰攜元豐潛入九幽城尋得洪云之妹飛羽。三人以幻涅蟲王配制解毒劑，斬殺天煞后返宮救治武則天。真相揭露系武則天與鐵勒首領諾依德合謀，借元豐引出飛羽以獲取蟲王制造完全體魔蛾毒殺李氏宗親。狄仁杰與飛羽入獄后，元豐悔悟助其脫困，并循碳粉蹤跡尋至洛陽鐵勒巢穴。三人潛入武則天壽誕典禮，偽裝天竺使節阻止魔蛾擴散，粉碎諾依德篡權陰謀。武則天最終放棄權力斗爭，釋放狄仁杰與飛羽歸隱民間。