《神探狄仁傑》第三部主要講述狄仁傑和李元芳等人一起聯手，破獲多樁錯綜複雜的離奇案件的故事，該劇分為兩段，分別是黑衣社和漕渠魅影，一個發生在涼州，一個發生在揚州，但不管哪一個案件，其背後真相都令人唏噓不已。
作為《神探狄仁傑》系列的第三部，該劇以狄仁傑告老還鄉開場，但誰都知道，他並沒有享清福的命，很多案件都等著他去尋找真相，不過武則天還是同意了他告老還鄉的請求，狄仁傑也在對未來的憧憬中踏上了回鄉之路。
如果他乖乖回家，也許就不會有之後一系列的故事，沒想到狄仁傑一時興起，決定去看望老朋友，也就是涼州刺史曾泰，此時的曾泰正面臨一樁十分棘手的案件，在涼州發生地震時，押送軍餉的三千鐵甲軍莫名其妙身亡，軍餉也不翼而飛。
狄仁傑及時趕到，曾泰彷彿見到了救命稻草，將事情的前因後果一一說給狄仁傑聽，在狄仁傑的縝密觀察，不斷推理下，不僅成功找回軍餉，還將黑衣社全體成員抓獲，為曾泰解決了一個大難題。
就在狄仁傑解決了黑衣社案件後，揚州又發生了一樁詭異離奇的案件，武則天只能將狄仁傑緊急召回，命他和李元芳、曾泰一起趕赴揚州，解決此次案件，揚州的鐵手團比黑衣社更加陰狠毒辣，狄仁傑等人的境遇也危險重重。
不過在最後，狄仁傑還是成功解開謎團，使案件真相大白，讓淮北百姓過上了平靜祥和的生活，狄仁傑作為唐朝時傑出的政治家，和李元芳一起解決了多樁大案，他的努力與付出，使唐朝得以走向繁榮。
