电影讲述了武周年间，帝京长安接连发生了几起离奇死亡案件。因为死因不明，忠烈祠飞天壁画杀人的谣言愈演愈烈。百姓纷纷认为是天降不祥，人心惶惶。在地方屡破奇案的狄仁杰和神武军都尉谢瑶环奉命一起调查此案，最终不仅破除了谣言，抓住了真凶，还化解了一段二十余年的恩怨。
杨洋 金晨 汪铎 赵小棠 赵晴 金佳悦 荣梓希 张婉儿 胡宇轩 张翔 娜一 陈震 施予斐 李圣佳 梁咏妮 刘珂君 李熹子 廖语辰 严丰 陈柏融 常荻 刘天宝 喻亢 王海祥 祖卡尔 曹明华 李越 丁桥 刘頔 曹赞 孙一鸣 柳仕炎 郭馨钰 张怀公 柳岩 李乃文 金士杰 贾冰 颖儿 吴樾 曹骏 管云鹏 颜丹晨 张海宇 曲高位 王冠 宿宇杰 徐海乔 张耀 张晓晨 车保罗 宗峰岩 王同辉 尹铸胜 刘亚津 李明 穆宁 罗光旭 杜奕衡 朱辉
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杜奕衡 赵芮菡 舒杨 赵文卓
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郭子瑜 舒杨 赖晓生 邵老五 岳冬峰 郭晓郭
白举纲 蔡徐坤 布瑞吉 陈宥维 大张伟 符龙飞 高瀚宇 胡海泉 李荣浩 李斯丹妮 李宇春 毛不易 沈梦辰 蔡卓妍 钟欣潼 王晨艺 王霏霏 汪苏泷 夏之光 言承旭 张淇 张韶涵 赵文卓 马萱 李莎旻子 鞠婧祎 齐思钧 蔡少芬 张晋 陈立农
赵文卓 杨恭如 莫少聪 杨若兮 贾一平 梁静 董晓燕 李勇勇 于月仙 谢昀杉
赵文卓 何润东 千叶真一 蒋勤勤 陶红 吴辰君 江祖平 王喜 邢岷山 孙兴 王驾麟 何笃霖 卜学亮 顾冠忠 杨力 格桑 周静 张志伟 沈保平 李雨泽 田仲梅 张衡平 王锡辉 徐为平 黄品沅 刘喜 蔡兴麟 金萍 王成 张巍 陈冠桦 李小燕 贾石头 王瑜 毛庭齐 莫美林 王惠五 田丽 禾家承 李晨 左佰学 陈柏瑜 钟明和 程思寒 刘金全 张昕 朱通 张西贝 尹易凡 段凯 谷金
赵文卓 王艳 蒋勤勤 刘锡明 邢岷山 于莉 刘信义 陈昭荣 杨丽雯 胡佩莲 董洋 刘权 周浩东 周国栋 常汝言 林以政 杨冬 温海波 叮当 胡佩琏 李鸣 侯煜 胡亚恩 周宇枫
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