《神探狄仁杰3》由两个故事组成。
第一个故事《凉州案－－黑衣社》讲述唐代西北大漠之中押运饷银的3000铁甲军都中了邪毒，他们押运的3000万两饷银，也不翼而飞。案情发生，狄公及时赶到，一场破获‘死亡之神’和‘地狱行动’的精彩战斗打响了。最终，真正的匪首小桃和薇儿束手就擒。
第二个故事《邗沟案》讲述一年之内，江淮盐铁转运使官船在邗沟覆没了十多次，数百万石食盐损折，船毁人亡！武则天急召狄仁杰追查邗沟覆船大案。经过艰苦的调查和推断，所谓的邗沟覆船案，乃是江湖巨恶铁手团纠集官府及绿林各道联手策划的巨大阴谋。他们人为地造成淮北盐荒，独霸淮北盐市，牟取暴利。狄公在卧虎庄会战，识破阴谋，解决盐荒。”
《神探狄仁杰3》风格将沿袭前两部，青年演员董璇这次将在剧中饰演女一号。