《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。
该片包含许多原始的采访，包括两位曾经获得普利策奖的华盛顿邮报的记者Scott Higham与Sari Horowitz以及Levy的姑姑Linda Katz。
京城纨绔赵少商为帮姐姐探查夫家怪事，结识了留洋归来的冷面警官元鸿。两人从针锋相对到默契搭档，一路追查迷案，也一步步揭开元鸿母亲离世之谜。随着调查深入，一桩危及民族利益的走私阴谋浮出水面。玩世不恭的赵少商与执念深重的元鸿，在抽丝剥茧中直面真相，也直面各自内心的选择……
1941年冬，照相师陈开来在师父牺牲后，代其赴上海与地下党接头，路遇表面是舞厅头牌、实为军统特工的金宝，在其帮助下以照相馆为掩护开展潜伏。期间他结识身份各异的女子——汪伪特派员苏门、我党谍报人员沈克希。陈开来在多方势力间周旋斡旋，逐步成长为杰出的地下工作者，最终联合众人挫败日军“沉睡计划”。
半年间，SNK剧变，总监余英飞离职、门外汉古肇华空降。张家妍虽掌权却难服众。刘艳的公开平台崛起，动摇传统媒体地位，连已入官场的许诗晴亦被卷入新旧媒体的角力。文慧心于此时复出，昭告世人：新闻女王的地位永远不可撼动！
