道光初年，孫興橋就任盤山知縣。剛剛到任的第二天清晨，孫興橋就接到報案，説烏衣巷出了一樁人命案，孫興橋率衙中眾人以最快的速度趕到案發現場。死者頭髮散亂，是一個年過50的婦女，胸口和肋間被刺三刀，血流遍地。
死者右手食指的指甲縫裏，嵌着一小塊肉皮。察看四周，除了三步外扔着一個籃子外，並沒有發現別的東西。翻開籃子，只見裏邊有一把鋒利的鐮刀和一條繩索。從潮濕的地面隱約可見幾個印着血跡的腳印根據腳印的方向，是向烏衣巷內跑去的。
地保一看屍體，當即認出死者就是巷內的張氏。再一看地上的籃子和那把鐮刀，竟是巷內給人家當小夥計的拴牢的。這時來了一個十八九歲的姑娘，撲在屍體上號啕大哭起來。眾人看是張氏的女兒姝兒。張氏還有一個兒子叫蘇城，是個五穀不分的浪蕩子。孫縣令很快調查清楚了鐮刀是小夥計拴牢的，於是便帶人趕往拴牢家。拴牢家的大門緊閉，費了好大的勁拴牢娘才把門打開。此時的拴牢躺在牀上，渾身哆嗦，臉色如死灰。無論孫興橋怎樣問話，拴牢目光呆滯，就是不説話。
此時，衙役們在屋內的木盆裏發現了血衣和屋角一雙帶血的鞋。孫興橋見狀，吩咐將拴牢鎖住，拴牢見鎖鏈套在了自己的脖子上，擋下一熱，褲子就濕了。拴牢娘説:“大人，拴牢自幼膽兒小，他和張氏無怨無仇，怎麼會殺他呢？請大人明察。”緊接着，拴牢娘説出了事情的前因後果：
拴牢是街上孫家鹽行的夥計，負責給孫掌櫃喂他的那匹白馬。白馬喜歡吃帶露水的青草，因此每天上午拴牢都回去割青草來喂白馬。今天上午，拴牢出去還沒有一袋煙的功夫就跑了回來，身上都是血跡。他一回到家就哆嗦着鑽進被窩裏不説話，拴牢娘見狀就將他帶血的衣服鞋襪脱下泡在盆裏。孫興橋聽罷，有問了拴牢幾句話，拴牢依舊一言不發，孫興橋只得將他帶到衙門。拴牢被帶走，一時間人們紛紛傳言拴牢殺了人。
三天之後，一個30歲左右的男子來到縣衙，請求孫興橋給他做主，來人正是被害人張氏之子蘇城。蘇城説自己剛從朋友家回來，就聽到了母親被害的消息，於是跑來請求孫縣令為他做主。孫興橋只得安慰蘇城一番，將他送出縣衙。
蘇城走後，孫興橋陷入了沉思，拴牢依然一言不發，他到底在害怕什麼呢？孫興橋是出了名的斷案能手，憑着多年的斷案經驗，他斷定拴牢不可能是殺人兇手。原因主要有三點：一是鐮刀上並沒有一絲血跡，刀背上還可以找到一兩絲乾枯的水草，顯然這把鐮刀是割水草的如果兇犯曾用它殺人，血跡肯定會將水草染污，而鐮刀上的水草還是綠色的，由此看來這把鐮刀不是殺人兇器。死者是被人刺死，從傷口的形狀來看，也非鐮刀所致。
第二點是從拴牢家搜出的血衣也有破綻。血衣雖然被水浸泡過，但仍能看出主要血跡是在袖口，而大襟上卻沒有血跡從袖口的血跡上看，又好像是蹭上去的，而兇手殺人一股是尖刀刺入後，被對方傷口噴出的血液濺髒衣物，按常理，血跡應在大襟及胸前。對那雙沾過血的鞋子，鞋底上滿是血污，而鞋面上卻沒有血跡。很顯然，是拴牢雙腳踩在血泊裏染上的。
第三，如果拴牢真的殺了人，怎麼會把籃子扔在現場？再愚蠢的案犯也不會幹出這等傻事來，更何況他與被害人張氏從來沒有仇怨，怎麼會突然下此毒手？另外，死者右手食指的指甲縫裏，竟然嵌着小塊肉皮，看樣子死者曾和兇手搏鬥過。初步斷定，這塊皮肉是從兇手的手上或者脖子上挖下來的，由此可知拴牢絕不是兇手。
當天中午，張氏的女兒姝兒前來告狀，説殺害母親的是哥哥蘇城。姝兒説，哥哥遊手好閒，常去賭博，家中被他賭得幾乎斷了炊。最近，他老纏着娘欲將她的賠嫁拿出來換點銀子，被娘斥罵了好幾回。今天早上，娘被害，姝兒在家守靈，不久哥哥便回來了，臉上帶着不可捉摸的神色，見了母親的靈柩並不悲慟，只看了一眼後就匆忙進到自己房中去了。
姝兒心中疑惑，想起了昨夜母親勸哥哥的情景，也想起了哥哥曾向母親討要首飾變賣的事，便趕緊打開母親的妝奩盒，發現裏邊的首飾不見了。於是，她就斷定是哥哥盜首飾殺了娘，而拴牢僅僅是做了替死鬼。
孫興橋馬上吩咐衙役査詢了城中的十幾家當鋪。果然，有家當鋪內發現了首飾的當單存根。當單的日期恰好是在張氏被殺的第三天，當主就是蘇城。難道兇手真是蘇城？衙役們立刻將蘇城抓到堂前，但是孫興橋如何詢問蘇城，蘇城卻一口咬定沒有因為賭博弒母。蘇城哭着對孫興橋説，首飾的確是他偷的，他也因此和母親吵過，但他絕對沒有殺害自己的老孃。
蘇城説那天晚上他偷了首飾後，被母親發現了。母親當即追了出來，蘇城説首飾已經當了，孃兒倆大吵了一架後，母親哭着走了。但是第二天就發現她死在了烏衣巷口。
孫興橋在蘇城身邊繞了兩圈，發現他的手上、脖子上並沒有傷痕，於是將他投入大牢，等候發落。蘇城也可能不是兇手，那兇手到底是誰？孫興橋陷入了沉思，案情再次陷入死衚衕，孫興橋思考一番後決定喬裝打扮去走訪一下。
第二天，孫興橋化裝為一個遊方郎中，來到烏衣巷最熱鬧的茶館一品香。在茶館裏，各種各樣的人聚集在這裏喝茶，蘇家發生了命案，這是茶客們聊得最多的話題。從茶客們的嘴裏，孫興橋瞭解到，姝兒原來不是張氏親生的，而是二房的小妾所生。前幾年，姝兒的母親和蘇家老爺在一場瘟疫中死去，姝兒便和大娘張氏、哥哥蘇城一起生活。
張氏對兒子蘇城的婚事一直不滿，為此還不止一次罵過姝兒。為何罵姝兒呢？原因是城南有一劉姓大户願意將女兒嫁給蘇城，但條件是讓姝兒嫁給女方的哥哥，女方的哥哥瞎了一隻眼睛，精神還有點問題。只有這個條件，別人才答應。但是姝兒不願意嫁給一個獨眼龍傻子，不同意換親。傳言姝兒與城南綢緞莊的夥計王英關係私密，在張氏被害的前一天晚上，有人看到王英淚流滿面地從蘇家走出來。蘇興橋聽到這裏，心中明白了八九分，當即返回了縣衙。
兩天後，孫興橋再次升堂，審理張氏被害一案。圍觀者迅速將縣衙圍得水泄不通。拴牢和蘇城被帶到了堂前，令眾人沒有想到的是，孫興橋當眾宣佈這二人無罪。就在眾人面面相覷之時，孫興橋拍驚堂木，“殺害張氏的兇手就在你們當中！”衙役衝進人羣，將姝兒和王英帶到了堂前。
孫興橋説:“大膽王英、姝兒，還不快快跪下！”王英忙喊冤枉，孫興橋冷笑道:“王英，我來問你，你脖子上為何包得嚴嚴實實？”王英忙説，是他身體有些發燒，所以就圍上了圍脖。“要我看是脖子上被人抓撓了，怕被人知道了吧？”孫興橋走上前去，一把扯住了他的圍巾，又猛地一把把圍巾拉下來，發現他的脖子上恰有一塊傷疤。
孫興橋猛地大喝一聲:“王英，你脖子上的傷疤哪裏來的？”王英結結巴巴地説:“是我不小心刮的”。孫興橋喝道：“張氏指甲裏有一塊肉皮，和你脖子上的傷疤一模一樣！五天前的晚上，你為什麼哭着離開蘇家？另外，你屋子裏有帶血跡的衣服，還有這殺人用的刀。這下，你該招了吧？”
説罷，孫興橋將一把帶血的尖刀丟在王英面前，這把尖刀是在綢緞莊裏搜到的。王英見狀，只得承認了殺害張氏的罪行：
原來，王英和姝兒早已經私定終身，但張氏為了兒子蘇城的婚事，要姝兒嫁給城南劉大户家的獨眼龍傻兒子。姝兒自然是一萬個不願意，她將此事告訴了王英。王英見狀，於是到在五天前的一個傍晚來到蘇家，請求張氏成全他和姝兒，讓姝兒嫁給他。張氏嫌王英家窮，也為了兒子的婚事，自然不肯答應王英，當即將他罵了個狗血淋頭。王英在當天傍晚哭着離開了蘇家。
第二天深夜，姝兒跑來告訴王英，蘇城偷了張氏的首飾去買，在烏衣巷口母子大吵一番。王英聽後來到烏衣巷口，果然看到蘇家母子在吵架。蘇城完全不理會張氏，離開了烏衣巷口。王英來到烏衣巷口後，並沒有立刻殺死張氏，他跪在張氏面前再次懇請她將姝兒嫁給他，為了能幫蘇城結婚，王英答應將家產變賣送給蘇家。
但王英家窮，即使變賣家產也不如城南劉姓大户人家條件好。張氏再次辱罵了王英，並罵他一輩子休想和姝兒在一起，癩蛤蟆想吃天鵝肉，窮鬼也想攀高枝。王英聽罷，再也忍不住心中怒火，姝兒不是張氏所生，卻要犧牲她的幸福換取親生兒子的婚姻，王英隨即拔出匕首（王英在綢緞莊當守夜人，身上帶着匕首）刺中了張氏，張氏身手抓掉了王英脖子上一塊皮肉，王英再兩刀刺死了張氏。
殺了張氏之後，王英很是害怕，姝兒告訴他不用怕，於是第二天姝兒便將蘇城告上衙門，嫁禍給蘇城。第二天清早，拴牢出門割草，來到烏衣巷口看到了被殺害的張氏，慌亂之中踩到了地上的血，拴牢膽小，嚇得將鐮刀和籃子丟在現場，跑回了家中。於是這才有了文章開頭的那一幕。
王英與姝兒因張氏不同意二人的婚姻，合謀殺死了張氏，又嫁禍給蘇城，險些造成拴牢、蘇城當了替死鬼。但二人殺人的動機，又是被激怒殺人。二人原本並非窮兇極惡之徒，事情皆因張氏不同意婚事、辱罵王英而起，站在王英與姝兒的角度，二人的遭遇也值得人同情。
孫興橋破了烏衣巷殺人案，但在判決時卻猶豫了。殺人償命，自古天經地義，但面對姝兒和王英，他又不忍心將二人處死。反覆思考之後，孫興橋在判決時將“蓄謀殺親”，改為“失手殺人”。最後，王英被判杖刑30，徒20年，發配邊城為戍邊軍人效勞。
幾天之後，王英被押往邊城。王英走後，姝兒也在縣裏消失了，有人説她跟着王英去了邊城，幾年后王英在戰場上立功免刑，二人在邊城結婚生子，一直老死邊疆，再也沒有回過盤山縣。