故事发生在元朝仁宗延佑元年夏天。陕西人王三和妻子吴氏在京城开了一家小酒馆。吴氏天生丽质，身材曼妙，又做得一手好菜，小两口的生意过得还算顺当。
这一日，王三和妻子商量，决定重置桌椅，扩大规模，也好多挣些银子，准备以后多置些田地，回乡过安稳的日子。很快，王三找到一家木工作坊，和老板李五就相应事项达成一致，王三交了定银，订做数套桌椅。
不久，按照约定，李五带着先期做好的样品来到了王三的小酒馆。说来也巧，王三的表弟张兴正好来京城谋生，暂住在王三家里。张兴也做得一手好木器，看了李五的样品，他找出很多毛病，列出了瑕疵，并鼓动表哥退了约定，由他来亲手打造。张兴这样做，一是自己初来乍到可以展示手艺，以此赢得街坊信任从而立住脚跟；二来还可以为表哥省一笔银子，实在是两全其美。
王三觉得表弟说得有理，就推脱自己不满意李五的手艺，不符合自己的订做要求，要李五退还收取的定钱。李五一听不乐意了，说自己为此准备了大量材料，又专门带样品让事主修正，现在既然反悔，王三应当赔偿自己的损失才是。两人话不投机，竟扭打起来。众人忙将两人劝开，这可惹恼了在京城混饭的李五，他哪里受得了这气，扬言一定要报复王三，让王三等着瞧。
李五离开后，王三召集一帮好友在酒馆吃酒。说起今日打架之事，众人都劝说王三大事化小，小事化了，出些银子让一步就算了。表弟张兴称事情都是因自己而起，便多喝了几杯，时间不大便醉倒在桌上。王三和伙计将表弟搀扶到后院小屋内睡觉，酒过三巡，又都打过了通关，大家有说有笑，带着醉意各自散去了。
第二天早上，发生了一件怪事，王三不见了。妻子吴氏称自己昨晚睡得早，可一直等到半夜也不见王三进屋。表弟张兴酒后睡在后院，天亮才醒来，也不知表哥的去向。想到昨日打架之事，吴氏怀疑一定和木器作坊的李五有关，就找人拟了状纸把李五告到了警巡院。警巡院是元朝在京城设立的地方司法行政机构，主管刑狱诉讼和纠纷。
主办官听了吴氏的哭诉后，觉得事出有因，就命差役把李五拘拿审问，经过严刑拷打，由于忍受不住肉体之痛，李五只好承认自己雇凶杀人，并把具体详情一一道来，并称事后把王三的尸体扔进了城西的河里。可是，验尸官按照李五的招供，却没有在河中找到王三的尸体。
按元代的法律，主办官不亲自验尸，而是由验尸官验尸，然后出具保证书，从而作为定案的依据。这下可忙坏了刚刚上任的主办官，犯人已经招供，眼看着自己侦破了一起命案，上一级长官也催着上报结案，只好硬着头皮让两名验尸官立下军令状，限定十日内找到尸体，否则就要处罚两人。
两名验尸官不敢怠慢，心想不能让刚上任的主子丢了脸面，就抓紧寻找。可是眼看着十天的期限到了，费了好多工夫，仍然没有找到受害人的尸体。主办官下令，用竹板责打他们，之后又设定了五日的期限，两人依然没有找到，又继续严历责打。就这样连续责打了三次。面对无休止的责打，两人一商量，干脆随便弄个尸体用来顶事。
于是，一天傍晚时分，两人准备在河边弄死一个乞丐，但是等了好久，也没有合适的目标出现。这时，正好看到一头驴驮着一个人过桥，那人俯着身子，看不清脸。见天色已晚，两人一拥而上，把俯在驴身上的人推下河，放跑了驴子。
看看河里没有了动静，两人急忙打捞尸体，可是等捞上一看，死人是一名老者，身上有一处致命的刀伤。两人不禁害怕起来，因这老者与王三年龄相差太大，交不了差如何是好。两人便商定把尸体先藏在一臭水沟内，待尸体腐烂无法辨认时再取出。
过了一段时间，两人又一次受了板子的责打，便取出已经腐烂的尸体，草草检验后上报主官。
官员闻之大喜，即刻通知苦主前来辨认。吴氏对着腐烂的尸体大哭，并称夫君死状太惨，请求马上为丈夫做法招魂，并把自己的贵重首饰物品一同放在棺材内下葬，好让丈夫早日入土为安。就这样，一桩杀人官司很快定案，并按规定报送上一级官府批准。
上级的官文还没有批复，忽一日，一干民众扭送着一个年轻人来到官府。原来，骑驴老人失踪后，家人一直苦苦寻找。偶然在街上发现一个叫卖驴子的青年，其驴从特征上看与自家饲养的驴子无异。那人自称是捡来的，但又说不清楚具体来历，家人怀疑定是他杀了老人，劫了钱财，得了驴子。
官员立刻过堂审讯此人，但其拒不承认有杀人行为。在动用大刑之后，由于此人身体虚弱，经不起折腾，不久竟然染病死在了牢里。
过了不久，李五的案子终于有了批复，李五最终因谋杀罪被处以斩刑。临刑时，李五大呼冤枉，声嘶力竭，围观人们无不为之动容，但又无可奈何。
一年后，新上任的肃政廉访司王泽在无意中发现了这个案件，觉得疑点较多。仅仅因为几套木器就雇凶杀人有违常理；王三在自家喝酒后失踪，伙计亲人竟全然不知；尸体腐烂严重无法辨认，怎能断定就是本人；李五的表弟张兴又为何多次上书为其表哥喊冤……
想到这里，王泽越发感到奇怪，于是在列举了诸多疑点后，具呈案件的始末和疑状，报御史台决定对此案进行复查。
不久，上司同意了他的意见。这日王泽正要传讯吴氏问明当年案发的情形。忽听差役来报，称吴氏小酒馆今晨又发命案，王三的表弟张兴被杀死在酒馆后院的柴房内。现场血泊中遗留屠刀一把。此事越发引起了王泽的怀疑，他当即派差役把吴氏传来问话。
受了惊吓的吴氏，一到大堂，便哭得死去活来，直陈自己命薄，丈夫前年被杀，今日表弟又惨遭杀害，自己也不想活了，说完以头抢地要寻夫而去，一下晕倒在堂上。王泽一边安抚吴氏，并命人将其送还回家，一边让前去验尸的仵作详细说明情况。仵作陈述，张兴死于五更时分，死前曾有打斗迹象，是被屠刀扎伤要害，失血过多而亡。
王泽又派人传来小酒馆的伙计阿福，详细问明早晨酒馆的情况。阿福称王三死后，张兴本打算开的木器小作坊也没了着落，就留在店里帮老板娘打理生意。张兴人很勤快，每日五更时分总要早起到柴房收拾，为一天的酒馆经营做准备。张兴和阿福每天早上还一起出去买菜。昨天由于睡得晚，今日五更时分，不知怎么，阿福听到张兴的一声异常呼叫，阿福也没当回事。起床后，在柴房发现张兴倒在血泊中，这才急忙报官。
看着现场遗留的屠刀，王泽沉思良久。心想，凶犯为什么把刀丢在了现场？又为什么不把尸体藏匿？既有打斗场面，为何无人发现？想了好久，他忽然计上心来，便拟了一纸公文，遍告城内屠户于明日午后自带工具到大堂集合，说官家要举办一起大型活动，屠宰一批活牲，所有屠户必须参与，违者将予以严厉处罚。
第二日午后，屠户们果然都按要求来到了大堂。大家你看我我看你，谁也不知道要做什么。过了好长时间，王泽才出来与众人见面，并称天色已晚，请大家把刀都留下，昨日城内发生命案，今晚要开堂审刀，谁是真凶，明天早上屠刀自己就会说话。众人连连称奇，谁也不相信刀怎么可以说出真凶，就都按照王泽说的把刀留在了大砧板上。王泽又让差役弄了一口大锅罩在上面，并严令两个差役看好这些屠刀，不让任何人靠近。晚上，王泽命令差役掀开大锅，将涉案屠刀与其中一把屠刀更换，然后又将所有的屠刀用锅盖好。
天一亮，众屠户们来到大堂，都想看一看王大人昨晚如何审刀，屠刀又是如何说出真凶是谁的。按照王泽的要求，差役把盖在刀具砧板上的大锅掀起，众屠户们纷纷走上前各自拿走自己的刀，到了最后，只剩下一个屠户和一把刀，那屠户大声惊呼自己的刀不见了。那屠户说这最后一把刀不是自己的，但他认得，此刀的主人是城西的张屠户。王泽立刻命令差役传张屠户前来问话，谁知张屠户早已不知踪影。
又过了数日，正好有一个犯人要被处决，王泽立刻让下属放话出去，说杀害张兴的凶手已经捉到，是一个江洋大盗，在小酒馆盗窃时被张兴发现，为了灭口才将张兴杀死。此人在外地也犯了不少命案，现已押往刑部问斩。
不久的一天深夜，一个黑影翻过院墙，很快进了吴氏的房间。不一会儿，屋内即传来阵阵淫笑。这黑影不是别人，正是城西的张屠户。三更时分，埋伏多时的差役一拥而上，将张屠户和吴氏抓了个现形。面对威严的刑具和众差官，俩人一下子摊倒在地，各自陈述了二人因为奸情害死多人的事实。
原来，这吴氏人长得俊俏，但更是一个贪财的女人，城西的张屠户在与酒馆的多次往来中，不时暗中送给吴氏金银首饰，早已讨得她的欢心，两人背着王三多有勾搭。但可怜的王三忙于生意一直被蒙在鼓里。那日深夜，王三酒后回到房间，恰好碰到张屠户偷偷与吴氏在房内约会。为了睹住王三的嘴，两人索性一不做二不休，悄悄把王三杀人分尸，把尸块藏入后院废弃的土井中，并用杂物填充好。为了做得天衣无缝，张屠户又让吴氏诈称王三失踪，嫁祸木器作坊的李五。可怜这李五，因为受不了酷刑，屈打成招，丢了一条性命。
这张屠户除好色外，更好赌。眼看自己做的神不知鬼不觉，便又在外面滥赌，那日把钱财输了个精光，为了弄钱讨好吴氏，就在傍晚时分抢劫了一名骑驴回家的老人，并将老人一刀致死，并伪装了老人骑驴睡着的假相。不曾想，可怜的老人又成了两名验尸官寻找的顶替目标。
再说那张兴，原本为了给表哥省些银两，却意外卷入了一场命案。表哥死后，他每天早起晚归，帮助打理生意。不曾想，一天早起，他无意中发现张屠户从嫂嫂房内溜出来。情急之下，张屠户再起杀心，将张兴杀死在柴房内。张兴临死前抱住张屠户的呼喊声惊动了伙计阿福。眼看天色渐亮，张屠户急于脱身，慌乱中来不及收起屠刀，便慌忙逃走。那名无辜死去的青年，原本只是一名落迫的书生。那天在城郊意外捡到了丢弃的驴子，本想换些银两凑作路费，却白白地搭上了一条性命。
三更时分，埋伏在酒馆的差役是怎么回事呢？原来王泽对吴氏早有怀疑，但一直没有找到证据，于是便命令一差役假装是阿福的远房亲戚，在店内帮忙打杂，暗中监视吴氏的行踪。那名差役把他发现的情况禀报王泽。王泽派差役埋伏在酒馆，终于抓住了偷奸的张屠户和吴氏。
就这样，一桩牵连五条人命的连环奇案终于有了真相大白的一天。