《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。

南宋年间，当朝皇帝忽然病重昏迷，朝廷大乱，此时恰逢黑齿国国王黑泥来访，十八太子龙儿只得代父设宴款待。席间，黑泥自夸黑齿国国力强盛，拥有武神、诗神、食神、棋神四大高手，龙儿暗自好笑，因为这四项正是汉人的强项，于是双方当即决定一比高下，却不料黑泥早已买通宋国四大高手，龙儿方知中了圈套，情急之下，龙儿与黑泥签下契约：三月之后两国比赛，宋国若输则割地赔款。一场精心设计而又不为人察觉的选拔在民间悄悄展开了，一番阴差阳错之后，柳员外家的三个女子——从小爱舞刀弄枪的千金柳笑笑、爱棋如命的小妾十三姨、厨艺精湛的丫环百灵以及因逃婚而女扮男装的冷秋月进入了龙儿的视线。

明朝建文四年，朱棣率兵攻下帝都应天，御史大夫景清夫妻罹难，长女若微被副将孙愚所救，次女蔓茵为太子朱高炽所救。骨肉同胞，一在宫中，一在江湖，同时长大。十年之后，若微随一批靖难遗孤入城刺杀朱棣，刺杀失败，若微遭遇皇太孙朱瞻基，两个年轻人是敌是友，自有一份因缘。造化弄人，若微 与妹妹蔓茵同时嫁入宫中，目睹了国家正在从乱象中恢复，平关外，迁首都，通运河，郑和下西洋，扬威海外，编撰《永乐大典》，盛世将成。若微决心放弃念，辅佐登上皇位的丈夫朱瞻基，在丈夫死前发誓要替他守护好江山。她历经了北京保卫战等，重用于谦，救大明王朝于危难，在中国历史上写下了辉煌壮丽的一页。

1949年10月1日，黎明的曙光照向久被阴霾笼罩的中华大地，而当华北欢庆新中国成立之际，我国西南边陲正进行着一场惊心动魄的生死之战。人民解放军挥师南下，攻克重镇贵阳，并直指川南。国民党方面不甘心退出历史舞台，于是派出特务潜入大西南，由代号“老板”的特务头子严森（梁冠华 饰）发起了名为“猎鹰计划”的秘密行动。中共特纵特务营营长燕双鹰（张子健 饰）在执行任务时偶然得知“猎鹰计划”，为了保住革命的胜利果实，他化装为军统少将。经过连番严酷的考验，燕逐渐取得严森的信任，但是身份偶然败露又将他推向死亡的边缘。惊心动魄的角力接连展开，这是属于燕双鹰一个人的战斗…

临水市农机二厂厂长简志国的儿子简宏成在大学里对文静漂亮的宁宥一见倾心，却一再遭到拒绝，直到毕业后宁宥嫁人，简宏成才死心。简志国因早年与职工崔浩发生口角被刺伤，身体大不如前，为了给年幼的简宏成保住厂子的承包权，强迫女儿简敏敏与他的徒弟张立新结婚，暂时代管工厂。张立新却暗中夺权，在简父去世后，迫简宏成远走他乡。多年后，宁宥遭到老公背叛，果断离婚。已白手起家的简宏成得知张立新要变卖老厂地皮抵债，不忍父亲的心血被糟蹋，回乡想要保住地皮，因此和宁宥重逢，终于知道宁宥一再拒绝他背后的原因，她竟是崔浩的女儿。简宏成依法依理地逐一解决张立新留下的烂摊子，宁宥的弟弟宁恕却不断从中作梗。简宏成和宁宥合力阻止双方不理智的至亲，面对多如牛毛的琐事，二人深感中年之痛，好在他们重新认识了彼此，也认清了自己想要的生活。

盛男（姚晨饰），女，独立上进有追求，渴望真爱却仍孑然一身。一次意外发现自己患上了卵巢癌，需要进行手术，但父亲出轨，母亲幼稚，家庭给不了她可能的支持，她不得不接受一份自己不喜欢的工作去筹手术费。天生骄傲的盛男，在生死关头才发现成年人想生存的体面比想象中还艰难，在一次又一次的希望与绝望中，最终用自己的方式和世界和解。