洛阳闹市接连发现被掏空内脏的木偶，每具木偶体内都藏着一句指向皇后的谶语。
武周时期，洛阳城发生连环命案，但死者并非活人，而是做工极其精良的机关木偶，被放置在闹市中央。木偶胸腔内藏有绢帛，上书对武则天不利的诗谶。大理寺将此案定为“妖人作祟”，狄仁杰却发现每具木偶的关节磨损痕迹，指向同一个制造者——早已被处死的前少府监工匠沈庐。深入追查后，狄仁杰发现沈庐的徒弟仍活着，且暗中操控一套名为“天同”的机关系统，利用洛阳城地下暗渠的水力驱动木偶。真正的杀招是：最后一具木偶体内藏的不是谶语，而是一座真实比例的女皇机关像，会在三天后的祭天大典上，当着百官的面“活过来”并念出沈庐写的万言控罪书。狄仁杰必须在祭典前找到控制核心，而它被藏在武则天的寝宫凤榻之下。最终狄仁杰用一个更小的木偶替换了关键齿轮，使女皇像在众人面前只做了一段无关的胡舞，幕后黑手在人群中惊愕落网。
这一部把狄仁杰系列的机关美学推到了新高度。木偶的每一个关节都暗藏叙事线索，最后的女皇像跳舞既不血腥又极富讽刺性。狄仁杰的“不破不杀”处理方式，始终保持着这个系列的高级感。
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