唐代期间，从彭泽县令升任濮阳刺史的狄仁杰（孙重亮 饰）筹办出发到差，临行前他向云州刺史滕侃辞行，却遭受一桩奇案。云州柯家药展店主柯兴元被人算中六个时辰内将有血光之灾，随后便投河自杀。药展掌柜冷秋往官府报案，但滕侃其实不以自杀身亡受理。在与滕老爷扳谈进程中，对方奇异的头疼病和一些变态的举止引发了狄仁杰的思疑。滕老爷卧病时代，狄仁杰黑暗察访，终究弄清了冷秋和算命者黑暗所设之局，揭穿了柯兴元自杀事务背后的本相。在此时代，滕侃的夫人银莲不测灭亡，狄仁杰顺藤摸瓜，发现了人道背后的另外一桩隐情……《唐人街探案3》中神探的组合升级，不仅有唐仁、秦风的传统组合，还加入了日本侦探野田昊、泰国侦探杰克贾等，组成了亚洲侦探联盟。