《少年神探狄仁杰》大结局以“鸢尾谷迷案”的告破揭开最终悬念。狄仁杰在经历琉璃厂、感业寺等一系列案件后，最终锁定幕后黑手为皇子李泰和其党羽。李泰为争夺皇位，利用江湖势力制造连环命案，甚至勾结突厥企图颠覆大唐。狄仁杰抽丝剥茧，不仅揭露了李泰的谋反阴谋，还证实了其多年前杀害太子李承乾的真相。
朝堂对峙中，狄仁杰呈上李泰谋反的铁证，武则天虽念及母子之情，但为保江山稳固，最终下令将李泰废黜流放。参与谋逆的官员被尽数查办，朝廷动荡得以平息。
人物最终归宿方面：狄仁杰因功被擢升为大理寺丞，继续以智谋守护长安，他与元芳的兄弟情谊更加深厚，二人约定继续携手破天下奇案。李婉青因身世牵连其家族曾参与谋逆，选择离开狄仁杰，独自远去西域，留下一抹遗憾。童梦瑶与二宝终成眷属，在江南过上安稳生活。而武则天在经历风波后，对狄仁杰更加信任，为其日后成为一代名相埋下伏笔。
整个结局以案件终结与人物离散交织，既展现了正义的胜利，也暗含江湖儿女的聚散常。狄仁杰站在长安城楼上，望着远方，预示着他未的探案之路与大唐未来的风雨飘摇。