夜晚，一个叫宁采臣的书生路过一间荒寺，他住进寺庙后遇到了一个叫聂小倩的美貌女子。出于好奇心，宁采臣跟着小倩走到了寺庙的地下室里 ，他没有站稳从楼梯上摔了下去，没想到却看到了令他害怕的一幕，地下室里竟然有干尸。
长安城里，嚣张跋扈的大将军刘弘基带着兵进了城。萨摩多罗和谭双叶在凡舍里看街上的热闹，四娘见萨摩多罗开始偷懒就让他换了衣服去客房里收房费。萨摩多罗跟着四娘去了客房，这间客房里住着马队送来的昏倒在北村的书生。四娘叫醒了昏睡不醒的书生，书生在昏迷中还叫着小倩的名字。原来这名书生就是昨夜夜宿兰若寺的宁采臣，他看到干尸后吓得晕了过去。
宁采臣醒来后一直告诉四娘和萨摩多罗，他在兰若寺里见到了干尸。这时，李郅和黄三炮跑进了客房，他们让萨摩多罗赶紧跟着他们去北村，北村发现了一具尸体，死者是姜振。因为宁采臣也是在北村昏迷被送到凡舍的，所以萨摩多罗坚持要带宁采臣一起去北村。
到了北村，萨摩多罗和谭双叶就分别干起了本职工作。谭双叶验过尸后发现死者姜振是因为是血过多而死，萨摩多罗在姜振的身上发现了麻黄，他认出了这是兰若寺的麻黄。破案小分队都觉得此案和兰若寺脱不了干系，他们立刻赶去了兰若寺。
在兰若寺里，官兵们在宁采臣说的地下室找到了十几具干尸。谭双叶验尸后发现这些干尸都是女性，而且是胡姬。萨摩多罗在地下室的入口发现了一个奇怪的火盆，他让紫苏来辨认这个火盆上的标记。紫苏认出火盆上的标记是西域的拜火教独有。
兰若寺的干尸案惊动到了朝廷，皇上在上朝的时候向李郅询问起了案子的进度。李郅还没来得及向皇上禀报案子的调查进度，刘弘基大将军却突然站出来将兰若寺的干尸案揽到了他的身上。刘弘基派重兵把守了兰若寺，他不许大理寺的人靠近，这让李郅十分愤怒。萨摩多罗带着紫苏想要溜进兰若寺查找线索，可是兰若寺被刘弘基的兵包围得水泄不通，他们只好离开。萨摩多罗却察觉到有人一直在跟踪他们，回到凡舍后，他看到宁采臣的鞋子上布满了泥巴。
朝廷的一名大官姜广达也死在了家里，死法和姜振一模一样。姜广达的死似乎也和兰若寺的干尸案有关，这让案件变得更加扑朔迷离。
萨摩多罗怀疑案件和兰若寺过去的秘密有关，而且最大的嫌疑人就是刘弘基。萨摩多罗虽然怀疑刘弘基，可是他想不通刘弘基为什么要这样做，而且书生宁采臣也十分可疑。谭双叶验尸的时候在康广达的尸体上发现了很多虫子叮咬的痕迹，萨摩多罗怀疑这不是真正的康广达。就在破案小分队在找康广达的画像时，康广达的尸体却出现在了北村，死法和姜振一模一样。
破案小分队赶到了北村，他们怀疑想要杀康广达的人和兰若寺的干尸案的背后主谋是一个人。萨摩多罗回到了凡舍，他在整理兰若寺找到的胡姬首饰时发现了一个小的耳环，他本以为这是胡姬用的耳环。四娘恰好进来给萨摩多罗送早餐，她看到桌子上的耳环告诉萨摩多罗这不是耳环而是婴儿的小镯子。萨摩多罗去问紫苏记不记得十几年前的胡姬进贡，紫苏回忆起姜振和康广达正是负责运送胡姬的官员，但不知道为何他们没有把胡姬送到宫里而是和刘弘基一起把胡姬们送到了兰若寺。自此以后兰若寺就成了高官们淫乐的地方。萨摩多罗把事情的前因后果一联系起来，他立刻明白了案件的真相。
萨摩多罗赶到大理寺，他阻止了宁采臣向李郅自首。这时候，聂小倩也来到了大理寺，她把事情的真相说了出来。聂小倩的说辞和萨摩多罗想的一模一样，原来杀死康广达和姜振的就是聂小倩，她是为了给兰若寺里被烧死的胡姬报仇。
刘弘基带兵包围了大理寺，他的手下射杀了聂小倩。李郅本来向皇上禀报了兰若寺案件的真相，可由于刘弘基军功过大，这件案子只好不了了之。
