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故事围绕青年狄仁杰（富大龙饰）、武则天（王静饰）、玲珑（杨幂饰）三人展开。通过三者二十年之间的情感纠葛，细致的描绘了李唐与周武两方权位的斗争。由《神探狄仁杰》系列电视剧的制作班底全力打造，著名制片人张文玲继续指导的《神探狄仁杰前传》，再次重磅出击，着力打造神探狄仁杰青年时代的故事。与之前推出的《神探狄仁杰》系列电视剧不同的是，本剧集加入了不少青年人的情感纠葛，加重感情戏份。当然，环环相扣的精彩悬疑故事仍是本部电视剧的最大看点，周武李唐权位争夺之局被再一次的真实还原与再现，势必在2010年续造收视神话。 ©豆瓣
公元680年，唐高宗李治御驾亲赴泰山祭天，奉命先行前往山东泰安安排祭天事宜的太子李贤为一场阴谋所陷害。张柬之秘密致信在老家休假的狄仁杰，指出泰安案件的实质是有人设计陷害李贤太子，企图谋篡储君之位。狄仁杰在没有奉旨的情况下，冒险赶赴泰安，决心将这个旷古冤案查个水落石出。然而，当他们接近泰安的时候，便发现案件中的所有人证都死了。根据张顺子提供的情况，是御林军统领李多祚认出刺客中有一个人是太子宫中的护卫。张顺子带着他们找到了留守管事的胡捕头，胡捕头又带他们勘查了所谓太子私藏兵器的地窖，他们发现了些有迹可循的玫瑰花瓣。
但据胡捕头讲，自从太子出事之后，浴花谷的女主人玲珑就不见了，这个花圃没人管了。狄公的助手色子认为，张顺子一定和养花女玲珑有什么不可告人的关系，而玲珑又和运送兵器进太子行宫有关系。就在这时，胡捕头恰巧来报告张顺子的线索，他们又从胡捕头的口中得知了太子常来浴花谷的信息，而且得知太子和玲珑两人关系甚密。这一情况好像在暗示狄公兵器是太子与玲珑合谋从浴花谷运进行宫的。
狄公交代色子留下来监视胡凤山，自己立即赶回京城向皇上请旨，公开调查此案。遗憾的是就在他赶回京城准备汇报情况，并敦促李多祚抓捕胡捕头的时候，泰安这里胡捕头已经被杀，色子因为不慎落入歹人的圈套。狄仁杰终于见到皇上李治，斗胆启奏说泰安弑君一案疑点重重，恳请李治下旨恩准他详查此案。但张光弼适时晋见，呈上泰安守备千里急报：有人在泰安府神秘活动，借查案之名私设公堂，销毁证据，杀人灭口，有与叛逆勾结之嫌。经查是狄仁杰狄大人及其手下所为。
色子原来是一个杀富济贫的江洋大盗，后来因涉案被狄公收服，从此幡然悔悟金盆洗手，愿意跟随狄公犬马效力。由于他对江湖特别熟悉，又武功超群身怀绝技，对侦查破案很有帮助，所以狄仁杰不管在哪里破案都愿意带着他。色子也的确是技能超群，就在狄公带着他匆匆赶路经过柳林镇的时候，他凭着超人的观察力告诉狄公，他们已经被人跟踪了。
一个布包缓缓打开，里边赫然是一根沾着血迹的手指，手指头上戴着一枚精致的戒指。张柬之告诉狄公，手指头是不是李贤太子的他不知道，但那枚戒指肯定是李贤太子的。戒指经李多祚辨认，张柬之没有撒谎。这一来狄公更糊涂了，既然有人杀了李贤太子，为何还要将手指送到张柬之的府上呢。再说，太子遇刺已有旬月，他们怎么才将手指送来。李贤太子遇刺身亡，他们的目的已经达到，应该在还没有被发现之时全身而退才是，为什么还要赖在成都府不走呢。
徐莫愁到了成都，虽诊断有方，却无力解毒。用他自己的话说，是因为从来看不起使用这种毒药的人，所以从来也没有研究过如何为其调配解药。徐莫愁是有名的毒药专家，在江湖上也大有名气，他怎么可能配不出解药呢。狄公根据徐莫愁到来前后张柬之的反常表现，决定进一步敲山震虎，于是召开了有张、李、徐参加的案情分析会。会上，他指出有人想极力推荐给他一个调查的答案，这个答案就是武成嗣想刺杀李贤太子，却又不愿意让人们知道太子是被人刺杀，所以故意布置出一个迷局，让人们觉得李贤太子是被人救走了。
张柬之要狄公抓捕自己，并带着他与假太子的尸体一道回京交差。说到激动处的狄仁杰拿起酒壶，咕嘟咕嘟地灌了起来，狄仁杰中毒了。张柬之大骂徐莫愁在酒里下毒陷害狄仁杰，可徐莫愁解释，为了顺利转移太子把狄公灌醉而已。就在他们趁狄公酒醉酣睡之际，准备将太子顺利转移出去的时候，却惊奇地发现，太子不见了。原来，是色子奉了狄公密令，已经提前将太子控制并转移了。这个情况,令前来迎接太子的琅琊王副将段无涯十分恼火，几个人紧紧逼住狄仁杰，强令他交出太子。但是狄公大义凛然，据理争辩毫不妥协。
就在段无涯恼羞成怒准备对狄公下手之际，色子及时赶到，出手化解。狄公游说太子，终于争取到太子的理解与配合。成都一案，至此告破。太子就要随狄仁杰进京了，武府师爷阿寿网罗杀手，行刺太子，没想到等着他们的是色子。狄公发现，十多个黑衣人，每个人的嘴角处都挂着鲜红的血迹。可色子认出，这些人都是当地口子帮的地头蛇。狄公断定，指使黑衣人劫杀活太子的幕后主使，应该就是五年前在泰安制造冤案的人。刺杀太子失败，张光弼有些恼羞成怒，他已经给狄仁杰准备了一份大餐。
武则天决定由狄仁杰亲自负责监管李贤太子。狄公提出既然要监管，就要确保安全，他提议太后将太子转移到太子宫，由他亲自遴选可靠的人严密保护。可武则天又怕他一旦专管太子，有利用职务方便放走太子的可能，于是婉转下旨要他八岁的儿子狄光远进宫为质，狄仁杰心下一惊。但他还是将孩子送进了宫。他相信，舍不得孩子就套不住狼。送儿子进宫的轿子去远了，狄仁杰呆立在门前，眼中闪动着泪花。张光弼认为太子宫和天牢不同，如果防备严密，再图暗杀太子就很难下手。
狄公和张柬之觉得，应该将太子妃安置到他的身边。但就在狄公向太后游说之时，发生了太子妃死亡的事件。狄公立即投入调查，参与调查的大理寺赵捕头竟被人杀害了。经查证，杀害赵捕头用的飞镖和当年杀死卖令牌的摊贩使用的飞镖一模一样。赵永亮是个普通衙役，他不可能参与到这种案子里来。狄公抓到了一条重要的线索，那就是赵永亮的媳妇正在怀孕，而且案发前后下落不明。据亲戚胡三交代，是赵永亮自己杀死了怀孕的媳妇。
狄公将情况报告了武则天，武则天认为不管怎么说，琅琊王是目前最大的嫌疑犯。她要狄公即刻代皇上拟旨，宣琅琊王进京将事情讲清楚。但狄公认为，琅琊王镇守博州拥兵十万，起兵造反后果不堪设想。狄公请太后再给他一些时间。很快，色子就跟踪了段无涯，调查的结果很快明朗，原来是有人冒充了段无涯，控制了太子妃，太子妃在冒充者的手中。同时，狄公也从段无涯的口中，察觉到了一点他们的企图。他告诫段将军，以后不要再做所谓营救太子的傻事，他们这不是在保护太子，而是在伤害太子。太子现在的罪名虽然不能服人，但他和国家都会平安无事。
就在狄公等全力搜寻假冒红嘴的人的时候，此人却死在狄公家的书房里。狄公向武则天禀报情况，当牵涉到武承嗣和泰安案的时候，武则天却指示他，这件事就到此为止。她要狄公集中精力调查李贤媳妇的事儿。结果，想睡觉就有人送枕头，一位女子玲珑来到狄府，想求助狄公帮她找到失踪的朋友阿禄。经询问，阿禄安顿的那位朋友是一位怀有身孕的女子。狄公立即意识到，这位有孕女子就是阿禄调换窝藏的太子妃。
色子觉得玲珑和阿禄是同谋关系。狄公和色子重点对玲珑进行了调查，但一切迹象都似乎在证明，玲珑的确是纯洁无辜的。她五年前和李贤太子萍水相逢，一见钟情。后来太子被人陷害，她怕受到牵连，就躲到朋友家去了。她到洛阳就是来找太子的，只是因为人地生疏，到处都打听不到太子的消息，盘缠也用完了，没有办法，这才在破庙外租下了一块地，自己种花养活自己。她还请狄公无论如何帮帮忙，帮她打听到丈夫太子的下落。进一步的调查似乎也证实，阿禄通过买花熟悉并了解了她，然后就利用她藏匿太子妃，玲珑似乎并不知情。问题是阿禄是武承嗣的人，他不顾一切地设下迷局换走了太子妃，究竟是为什么呢。
更令狄公沉思的是：为什么所有的一切都离不开李贤太子呢。阿禄死了，武承嗣沉默了，段无涯无影无踪了，琅琊王也不再派人捣乱了。所有的人都悄然隐去，只把一个连丈夫名字都不知道的可怜女人推在了最前面，她究竟是一只没有生命、被人操纵的木偶，还是一个比阿禄和段无涯更令人恐惧的人呢。狄公带着这个问题走访了被关押的太子，但太子的反应十分敏感，他果然知道玲珑。恳求狄仁杰不要伤害玲珑。他求狄公开恩放过她。狄公虽然觉得这不是什么大事，不过还是感到麻烦来了。
正当狄公和色子调查走访浴花谷，张顺子报来情况，黄有安不知去向了。狄公感到事情不妙，急忙来到黄有安可能出没的感恩堂，黄有安被杀了，看得出，他是在和凶手激烈搏斗以后被杀的。狄仁杰仔细勘察现场，尸体脸部一个微小的地方引起了他的注意。经综合分析，狄公认为杀手应该是黄有安的一个熟人。现在的问题是，如果仅仅是官匪勾结导致的内讧杀人，事情倒简单了。但是如果联系到感恩堂曾经住过的玲珑，事情就很不简单。也就是说，为什么黄有安早不死，晚不死，而他们一来泰安调查玲珑，他就死了呢，凶手会是谁呢。
狄公重新勘察现场，终于发现了黄有安死前故意留下的线索，即屏风上留下的一个禄字。他沿着这条线索又找到黄夫人，终于套出了武承嗣府上的厨子阿禄十分可疑。可阿禄明明已经死了，他是死在狄公的家里，怎么会又来谋害黄有安呢。狄公和色子找到张顺子，欲进一步核实某些情况，但张顺子反而急于向他们打听玲珑的情况，他要到洛阳去找她。就在这时，一阵疾风，一道寒光，一支飞镖不偏不倚恰好扎在张顺子的咽喉处，张顺子瞪着于心不甘的眼睛缓缓倒地。色子发现杀死张顺子的飞镖和当年杀死摊贩、杀死赵永亮的飞镖一模一样。那是阿禄的飞镖，难道他真的还活着。
太子妃不但矢口否认阿禄这个朋友，而且对阿禄巧用掉包计换她出来的情况一无所知。狄公和色子都有些迷惑了。这个玲珑，她到底是无辜还是故意呢。由于黄有安的死，这一切似乎都无迹可考了。但是，黄有安死了。可已死的阿禄果然还活着吗。狄公料定，这位没死的阿禄是个假的。一个偶然的机会，色子发现了假阿禄。追到武承嗣府的房顶上时，人就不见了。玲珑又去郭湘成府上闹腾了。狄公明显地感到，现在的玲珑显然已经不是当年那个天真的养花姑娘了。她肯定经过什么特别的训练，而训练地点极有可能就是感恩堂。
狄公决定冒险采取欲擒故纵之法，在得到武则天和朝廷重臣的认同之后，同意了玲珑的请求。用皇上武则天的话说，狄爱卿深谋远虑，太子宫防备森严，凭一个手无寸铁的羸弱女子就能把人救走或者杀了吗。这绝对是不可能的。现在姑且把她当做很不错的钓饵，也许能钓出大鱼来呢。玲珑就要去见夫君太子了，她提出了一个不好拒绝的小小要求，想带一束花进去。为此她去了一趟花房，但是她被色子跟踪了。只是色子在跟踪玲珑的时候突然受到了干扰，干扰的人是他们一直在找的假阿禄。色子虽然没有抓到他，但终于回忆起这个人曾参与了成都案中营救太子的行动。那么，救太子的人怎么会和想杀太子的人搅在一起呢？而且还为他打掩护，狄公又有些糊涂了。
沮丧回府后的狄仁杰，读到了玲珑生前留给他的书信，所有读到这封信的人，都流泪了。太后武则天感慨唏嘘之余，准奏将李贤和玲珑的尸体一起运往山东泰安的浴花谷安葬。宰相郭湘成对狄公的这次失误似乎很宽容，算了，逝者已矣，就算再检讨也无济于事了。狄公也觉得的确是人算不如天算。谁也没有想到会是这样一个结果，痴情女子，无情杀手，到底哪一个玲珑才是真正的、真实的玲珑呢，他真有点说不清楚了。玲珑实在安排得太巧妙了，用白玫瑰做掩护，吸引人们的注意力，谁又会想到她会把毒药抹在嘴唇上呢，这毒药是从哪儿搞到的。
狄公拜访了宰相郭湘成，一针见血地指出，迎合武承嗣刺杀太子的阴谋，巧用玲珑卧底，以假死欺骗众人，成功营救太子的整个计划，是他一手策划的。郭湘成苦笑承认，狄仁杰就是狄仁杰，没有什么事能瞒得了你。狄公进一步指出，冒充阿禄的那位假阿禄不是别人，正是他郭府的管家李禄。是个深藏不露的武林高手，他把厨子阿禄模仿得简直惟妙惟肖，让人叹为观止。这时李禄缓步走进来，他威胁要杀死狄公，并且会做得令人们相信，狄公是被死鬼阿禄所杀。这样，武承嗣同样会被嫁祸而脱不了干系。
