《神探狄仁杰3》分为《凉州案-黑衣社》和《邗沟案-漕渠魅影》两个惊险绝伦、触目惊心的故事组成。故事承接第二部，狄仁杰（梁冠华饰）自连破幽州、并州、蛇灵、江州等一系列大案后，几经恳请，终于得武皇（吕中饰）允准回老家并州修养。然而就像护卫李元芳（张子健饰）所言，这看似颐养天年的平静中却蕴藏着更大的杀机与阴谋。

北宋真宗年间，太平盛世下暗潮涌动，野心勃勃的襄王赵庆（于震 饰）设下胆大包天的计谋，企图以狸猫换取皇帝的血脉。金枪值甲班军头包铁山（张子健 饰）率众拼死保卫太子和李娘娘，力挽大厦于将倾。包括包铁山在内，无数人死于连番的内乱之中，只为保护太子还朝，粉碎襄王的阴谋。转眼又过三十年，大宋江山落入太后之手，西夏时时觊觎中原，襄王之子更图谋复仇，内忧外患，风云突变。值此机缘，包铁山之子包拯（张子健 饰）开始崭露头角。他为官清廉，刚正不阿，令权贵豪强胆颤，使元元黎首心欢，此外更有展昭（淳于珊珊 饰）等江湖豪杰相助。