狄仁杰却不信鬼神之说，认为一切很可能和变幻容貌的画皮手法有关，于是便去画皮艺人聚集的画皮坊找到自己老友古大师询问。古大师曾是宫中御医，精通画皮易容之术，高宗驾崩后便流落在江湖市井。古大师告诉狄仁杰，画皮必须用活人建模，死人尸体早已腐烂，是不可能做到的，狄仁杰想请古大师出山相助，古大师却已厌倦尘世，只派出了女弟子江懿心跟随狄仁杰去断案
然而祸不单行，曾被武后斩杀的一只血狼复活开始袭击百姓，狄仁杰三人前往斩杀血狼。狄仁杰认为若人可以画皮，那么狼又如何画皮。江懿心也不清楚。随后，三人将血狼斩杀后，狄仁杰在血狼皮中再次发现火浣布，而血狼的体内则有改良过的火药粉。狄仁杰终于明白为何那么多人回来都会爆破焚身，原来他们早已准备了大量火药。而江懿心也从血狼的面部之中查出一种古老的画皮手法，而这种手法只需找到死者骸骨即可模仿死者容貌
狄仁杰向慕容娇逼问有关异黎族和当年自己和江河海被害的事，慕容娇刚要说出真相，他们却突然遭人追杀，狄仁杰三人逃跑之时不慎掉入谷底，狄仁杰和江懿心大难不死，但却发现慕容娇不见了身影
狄仁杰发现谷底竟是一处世外桃源，许多百姓居住于此，狄仁杰二人受到村长封天化极的邀请而住下。但当晚狄仁杰和江懿心便发现这个村落竟和画皮一事有关，经过一番调查后，狄仁杰试探封天化极，得知此处并非普通村落，而是异黎族人的生存之地。而死人重回人间事件，便是封天化极利用古法画皮之术完成。而封天化极之所以承认这一切，不过是早已想将狄仁杰瓮入其中。封天化极将狄仁杰和江懿心迷晕，而狄仁杰在昏迷前却看到利用画皮之术打扮成自己的样子，随即拿起了亢龙锏
假狄仁杰以先皇遗诏在皇陵，将武后骗往皇陵，狄仁杰和江懿心相互扶持之下，终于逃了出来，却发现村落里已空无一人。狄仁杰怕假狄仁杰会对武则天不利，两人寻找出口。
另一边武后正率领禁卫军前往皇陵，但却突然发现许多禁卫军开始倒戈相向，假狄仁杰趁机将武后挟持而去。
而狄仁杰和江懿心回到洛阳后发现自己已被通缉，慕容娇出现为两人解围，并告知狄仁杰武则天有危险，狄仁杰三人前往皇陵。三人来到皇陵之后，假狄仁杰说出自己是当年异黎族的首领封天化极，他们极力辅佐武则天，却不料最后却被驱逐，导致族人无处生存死伤无数。武则天也说出他们残