《神探狄仁杰3》延续前作风格，由“凉州案——黑衣社”和“邗沟案——漕渠魅影”两大悬疑案件构成。狄仁杰和李元芳前往凉州，发现当地黑衣社势力神秘莫测，他们以恐怖手段劫夺饷银，还制造死亡事件。狄仁杰凭借智慧抽丝剥茧，识破黑衣社的阴谋，原来幕后主使是小桃，她妄图利用死亡之神计划控制天下。邗沟案中，江淮盐运受阻，大量官盐失踪。狄仁杰等人深入调查，揪出以铁手团为首的犯罪团伙，他们与地方官员勾结，垄断盐市。李元芳与铁手团高手展开激烈对决，最终狄仁杰破解重重谜团，让漕运恢复正常，惩治了腐败官员和不法之徒。