安史之乱爆发后数年，吐蕃大军攻打西南。大唐节度使高适交战不利，长安岌岌可危。困守孤城的高适向监军太监回忆起自己与李白的一生往事。

混迹于洛阳底层的前不良使高秉烛（黄轩 饰）阴差阳错卷入案件成为嫌疑人。在想方设法自证清白时，与为查清父亲被毒杀真相的百里弘毅（王一博 饰）相遇，二人合作展开调查。世家出身的内卫武思月（宋茜 饰）为了任务，调查并接近武艺超群、颇有市井智慧的高秉烛，想要寻取与案件有关的告密信，完全不同阶级的两个人互相看不顺眼，却不得不捆绑在一起。随着他们对案件的不断深入，找寻真相，渐渐发现了一个足以毁灭神都，血染洛水的惊天阴谋……

狄仁杰大破神都龙王案后，高宗御赐神器亢龙锏，遭天后武则天嫉妒，天后为盗取亢龙锏陷害狄仁杰，召集了一帮会方术的“异人组”图谋不轨，并命令尉迟真金带队。狄仁杰在医官沙陀忠的帮助下成功摆脱“异人组”迫害，并和尉迟真金商议和解，与此同时“异人组”刺客水月却发现都城出现不明势力，在狄仁杰周旋于武则天的埋伏时，大唐陷入更深的危机，“封魔族”携异术登场，一场“屠魔”大战即将爆发。

故事发生在盛唐时期的长安城，白乐天（黄轩 饰）本是朝廷要官，却为了收集写诗的素材而甘愿被贬为起居郎。长安城内连连发生离奇的死亡事件，就连当今圣上也难逃厄运离奇身亡，这一切都和一只神出鬼没的妖猫有关。日本僧人空海（染谷将太 饰）本为了替皇帝解咒远渡重洋而来，却和白乐天意气相投，两人决心携手调查案件真相。
一首如怨如诉的《清平调》表明，妖猫作祟和三十年前倾国倾城的杨贵妃（张榕容 饰）之死有着千丝万缕的关联，追寻着曾经迷恋杨贵妃的阿部仲麻吕（阿部宽 饰）所留下的日记，白乐天和空海一同见证了大唐曾经的荣光，亦揭开了当年隐瞒至今的阴谋。

公元626年，大唐都城长安内突然异象丛生，疑案四起，人心惶惶。大理寺成立调查组，调查这些看似怪力乱神的事件，成员囊括通晓伽罗术的萨摩多罗，超强分析能力的卿李郅，熟练的制造火药并操作连环火枪的黄三炮，精通各类武器的公孙四娘，“人版移动书库”上官紫苏，医学鬼才仵作谭双叶。在接二连三的诡谲案件中，调查组原事实真相，破除坊间迷信。如“地狱古井”村民们正在逃离被诅咒的东水村；“雷公判案”老爷和书生皆被雷公劈死。随着调查逐步深入中，众人渐渐发现，黑伽罗妄想用卑劣的手段企图颠覆和谐的大唐。最终邪不胜正，调查组彻底击碎了黑伽罗的邪恶阴谋。少年们除了那份不变的热血豪情，更多了一份坚定的守护家与国的责任之心。