故事发生在明朝永乐年间的曲阜尼山脚下。一日，当地知县赵大人接到李、王两家互控的诉状。缘由是李生娶了王家女为妻，婚后二人关系不谐，李生时常对王氏恶语相向，王氏不堪忍受回了娘家。没几日，王氏自行返回。
这次因李生的母亲病重，李生嗔怪王氏侍奉不力，再次出手打骂，王氏负气出走，数月未归。李生前往王家找寻，王家坚称王氏并未回娘家，认定是李生谋害妻子后诬陷，双方因此起了激烈冲突。
后来，王氏的兄长王二牛听闻镇上一个叫钱四的人传言，说李生勾结好友孙五合谋害死了王氏，便以钱四为人证，前来县衙告状。
赵知县即刻传讯相关人证，钱四却坦言是道听途说，不足为信。钱四的父亲也作证说钱四平日里游手好闲，所言不可当真，还恳请追查教唆王二牛诬告的幕后黑手。
审讯王二牛后得知，状纸是其远房表兄王富贵所写。传讯王富贵，得知他是个秀才。
王富贵与王二牛虽有亲戚之名，却无实质利害关系，赵知县遂上报学政，剥夺了王富贵的秀才功名，并下令通缉王氏到案听审。
王富贵本是乡里一霸，如今秀才头衔被夺，心生怨恨，伺机报复。不久，有村民在尼山脚下的河边发现一具无名尸体，被野狗啃咬，赶忙告知保长报官。
王富贵得知后，抢先找到保长，称尸体是自己的堂妹王氏，还把王二牛唤来。王二牛一看便知不是妹妹，转身要走，却被王富贵拉到一旁低语几句，无奈之下只好承认这是王氏的尸体。
保长带着王二牛准备报官，不巧遭遇倾盆大雨，耽搁两日，天晴后才到县衙呈报。赵知县带着仵作和衙役前去勘验，不想王富贵早已买通仵作。仵作称尸体腐烂难辨，王富贵则率王姓族人在尸检现场大闹。
赵知县无奈，只得让保长和王二牛先将尸体掩埋，再向上司请示处置之法。
此事被山东巡抚周大人知晓。周大人深得永乐帝倚重，威望颇高。他见这是一起借尸聚众闹事的案件，深感事态严重，便委派邻县知县钱大人重新检验尸体。
谁料钱知县的仵作和刑房书吏都收受了王富贵的贿赂，仵作谎报尸体肋骨有致命伤，刑房书吏在王二牛等人的供词上添枝加叶，诬陷李生杀妻。钱知县依此上报，周巡抚当即弹劾了赵知县，命钱知县全力查办此案。
钱知县有了巡抚的支持，审讯时手段严酷。对李生先是用夹棍夹其双腿，踝骨外露；又用烙铁烫胸，皮肉焦烂；还让其跪于炭火之上，李生苦苦求饶，钱知县不为所动，逼他承认杀妻之事。
李生受刑不过，胡乱招认埋尸之地。先是挖到一座古坟，仅有朽木枯骨；后又挖出一座男子坟墓；再挖多处，终得一具女尸，可仔细一看，髑髅白发，与王氏年龄悬殊。如此挖了百余座无主坟墓，仍未找到王氏尸体，每次无果便拷打李生，李生已是奄奄一息。
再审讯李生的好友孙五，同样施以重刑，孙五身体孱弱，竟死于刑具之下，也未得到有用线索。
此时钱知县觉得验尸有误，审讯仵作张荣，张荣拒不认罪，结果被当堂杖毙。奇怪的是，李生受了那般酷刑未死，仵作张荣却轻易被打死。
钱知县明知行刑衙役有猫腻，却无法治罪，不过也明白张荣之死与验尸有关，于是从省城请来仵作，重新检验，发现竟是具男尸。
原来之前的仵作借口尸体腐烂难以辨认，钱知县又不懂分辨男女尸身之法，这才被张荣蒙骗。张荣之妻不甘丈夫冤死，到王富贵家理论，王富贵自然矢口否认行贿之事。
张荣妻是个稳婆，一日，王富贵之妻难产，情况危急，虽之前有过争执，但人命关天，在许以重金后，张荣妻前往帮忙。
见是横胎，几人合力仍难分娩，王妻痛极高呼：“三姑，救我！”这时，从夹壁墙中跑出一个女子帮忙，张荣妻一看，竟是传闻已死的王氏！三人合力，王妻终得产子。
婆婆和王氏跪地求张荣妻保密，王富贵进来后，给了她十两银子，张荣妻虽害怕，但也不敢不收，还发誓不泄露此事。
回到家后，张荣妻心有余悸，对儿子张福说：“儿啊，你信鬼神吗？我见到了死去的王氏，你爹就因这案子被打死。我们虽无力为他昭雪，但不可欺瞒鬼神，若不为李生申冤，恐遭报应。”张福觉得有理，便带着银子到县衙自首。
此时的知县是孙大人，进士出身，直隶保定人。孙知县早就不满钱知县的酷刑逼供和滥挖坟墓之举，得知此事后，急忙写禀文告知山东布政使宋大人。
宋布政使一面让孙知县速报山东巡抚周大人，一面上奏朝廷，请求重审此案。周巡抚知晓后，自觉被愚弄，虽恼怒却也无奈，便让宋布政使协同孙知县抓捕王氏，重新审理。
孙知县领命后，考虑到若大张旗鼓抓人，王富贵可能会藏匿或杀害王氏，便佯装清查户口，亲率数十捕快，突袭王家，捣毁夹壁墙，擒住王氏。“尼山百姓闻之，欢呼簇拥至公堂。”
孙知县升堂审理，让李生和王氏当堂对质。虽说李生往日对王氏不好，但毕竟夫妻一场，王氏见李生遍体鳞伤，惨不忍睹，不禁悲从中来，抱住李生大哭：“是我害了你！”围观百姓无不动容。人证面前，王富贵、王二牛只得认罪求饶。
原来，王氏曾是本县吴姓人家的童养媳，吴氏死后，改嫁李生。但王氏婚前与吴氏的堂兄有私情，婚后仍有往来，被李生察觉，故而时常打骂她。
那次李生借故打骂，王氏机灵逃脱回了娘家。王二牛不识字，找王富贵写状纸，王富贵垂涎王氏美貌，便说不报官，将王氏藏于家中，仗着自己秀才身份无人敢搜。
此后他奸占王氏，又怕李生追查，便设计陷害，不想丢了功名，便越发疯狂地借尸诬陷，大肆行贿，欲置李生于死地，却因妻子生产意外暴露，被张荣妻和孙知县破了局。
王富贵仍心存侥幸，以为周巡抚会为保自身而维持原判，便哄骗王氏到巡抚处告状，称自己只是窝藏暗娼，并非藏匿李生之妻，是孙知县严刑逼供所致。
周巡抚上奏此事，永乐帝欲召二人进京询问，派户部尚书刘大人复核。恰逢永乐帝驾崩，周巡抚和宋布政使得以留京任职，周任礼部尚书，宋任刑部侍郎。
刘大人作为钦差，召集山东、江苏两地贤能官员会审，一致认可孙知县的判决，最终将王富贵、王二牛斩首示众。
此案能真相大白，稳婆张荣妻和孙知县功劳不小，可二人所得甚少。张荣妻仅得王富贵行贿的赏银，未多一文；孙知县完成任务后，因支持自己的宋布政使调走，也只是平调他处。而宋布政使因力主申冤，被山东百姓赞为“狄公再世”，独占全功。正是：
尼山冤案终得雪，公道人心不可欺。
奸佞虽狡终伏法，英名长留百姓间。