白居易的小秘密被一只妖猫给知道了，于是妖猫像个“主编”一样，不断催更，让白居易交稿子。为了让他明白《长恨歌》哪些地方写得不对，妖猫亲手炮制连环杀人案：杀了皇帝，让太子瘫痪，逼疯了金吾卫陈云谯（秦昊饰）。所以这部电影又可以叫作“妖猫催更引发的血案”。白居易和倭国来的法师空海开始调查“妖猫杀人案”，在妖猫一步一步地指引下，白居易找到了杨贵妃死亡的关键证人——晁衡（阿部宽饰）的日记。

在日记里，他发现杨贵妃死亡的真相：她的“官配”唐明皇骗她说，可以用“尸解大法”让她闭气一天，伪装成假死。杨贵妃假死之后，唐明皇就把她安葬了。杨玉环闭气一天后就醒过来了，被活活闷死在了棺材里。“大唐强大时，她是强大和繁荣的象征；大唐不再需要她时，她随时都可以被抛弃。”晁衡的这些话，让白居易的CP想象幻灭了，原来情爱只不过是帝王的一场幻术。而随着调查的深入，妖猫的身份最后真相大白：他就是极乐之宴的仙鹤童子白龙。

在那个人人都爱杨贵妃的时代，影片中所有的男人都爱上了杨贵妃，白龙也不例外。他从小被父亲抛弃，被杨玉环引为知己：“我和你从小无父无母，寄人篱下的生活并不好过，所以我们都是别人对我们好一点，我们就想十倍百倍地报答他。”

当他知道自己不久于人世，于是将灵魂转移到和杨玉环陪葬的御猫身上，想多陪陪杨玉环。没想到也得知了更多猫的记忆：原来杨玉环临死前那么地绝望和痛苦。他冲冠一怒，决定找所有害死杨贵妃的人报仇，才有了这一场血溅长安的妖猫大屠杀……

最后，丹龙将他的尸体和杨玉环的尸体放在一起，白龙接受了杨玉环已死的事实。那双硕大的猫眼睛里，流出了伤心的热泪。妖猫最后渐渐枯萎，化作仙鹤飞走时，很多女观众为这个痴情的少年郎流下了泪水。她们都说，白龙才是《妖猫传》的男主，因为他就是妖猫。连白居易最后都说，《长恨歌》是白龙写的，不是白居易写的。他一直都站错了CP，原来白龙和杨贵妃才是真正的CP。