明嘉靖年间，海瑞继任济南历城知县之职。到任当天，他细心翻阅了历城县以往案卷，突然发现一桩刚刚结案的杀人案件存有破绽。
此案一个月前发生在城东大财主石丰家中。当时正值石丰的独子石靖堂大喜之日。就在婚礼即将开始之际，新郎石靖堂被人杀死在石府后花园中，当时只有石靖堂好友梁新手持一柄腰刀，浑身血迹在现场，于是被捆绑起来，押送到历城县府衙。经前任知县审问，梁新已对杀人案供认不讳，被押入死牢，只待秋后处斩。
海瑞仔细地看了几遍案卷，抚须深思，然后对侍从海安说：立即升堂，提审石靖堂一案凶手梁新。
片刻，梁新被带上堂来。海瑞发问道：石靖堂是你所杀？梁新点头：是小人所杀。海瑞又问：你用的凶器是什么？又是如何杀死他的？梁新抬起头望了一眼这位新任知县，许久才说：我用的是随身腰刀，在石府后花园挥刀将他杀死。海瑞沉吟半晌，忽然又问道：是挥刀杀死石靖堂的吗？梁新点头道：是。海瑞又喝问道：你如何会在石府后花园中？梁新答：我本与石靖堂是同窗好友，那天应邀参加他的婚礼，在婚礼未开始之前，我去石府后花园中散步。海瑞突然拍案道：那你为何要杀死石靖堂？梁新身体一颤，两行泪水夺眶而出，不再言语。海瑞大声询问：梁新，本县在问你话，你为何不答？梁新再次抬头望着海瑞，突然喊道：大人，小人冤枉。
原来，那日梁新参加婚礼随意走入石府后花园散步，漫步到一座凉亭内时，忽然间听到有人喊：有贼，快来接着传来一声凄厉的惨叫声，梁新忙抽出随身腰刀朝发声之处奔去。此时夜色迷蒙，梁新四处张望时，忽然脚下一绊，只觉一股浓重的血腥味冲来。此时，石府家丁闻声赶来，看到了一身血迹的梁新与倒地气绝身亡的石靖堂，便把梁新捆绑押往县府衙门。前任刘知县立即升堂审问，妄加刑法，梁新有口难辩，只得承认是杀人凶手。
海瑞退到后堂后，又仔细地看了卷宗，唤负责这件案子验尸的仵作来，仵作说死者伤在脑部，是被利器刺耳一寸多长刀口，且深入脑髓。
第二天升堂，海瑞宣布：真凶已有线索，梁新无罪，当堂释放。
消息立刻传遍了全县，石丰听到这个消息后，直奔县府官邸而来，见了海瑞便问道：海大人，为何释放那杀人凶犯梁新？海瑞道：你何以证明梁新为杀人凶犯？石丰怒声道：梁新浑身鲜血，手持带血凶器在杀人现场，不是他是谁？海瑞摇头道：仅凭这些说明不了什么，据察，死者致命伤在脑部，刀口仅一寸多长，却深及脑髓。依我之见，凶器乃是一柄匕首。而当时梁新身上未佩带匕首，后花园内及附近也并未找到匕首，故而我认为凶手另有他人。石丰沉默半晌，说道：那么海大人何时捕获真凶，为我儿报仇？海瑞道：三日之内。
却说梁新回到家中，一家人自是欣喜异常，直赞海瑞海青天。他没有忘记海瑞所交代的事情，可是一天过去了没有动静，第二天仍然没有人来打探案情。第三天一早，梁新独自来到市集。忽然觉得后面有一个贼头贼脑的青衣人在跟踪他。梁新不动声色地走进一家小酒馆，点了几样小菜和二两白酒，独斟独饮起来。这时，那个青衣人来到梁新身边坐下。梁新认出他是历城县的一个地痞，姓王名十六，平素偷鸡摸狗，坏事干尽。梁新抬头看了眼王十六，并未理会，仍旧
独斟独饮，王十六转头喊道：掌柜的，今天大爷付账，好酒好菜尽管上来。喊罢，低声赔笑问道：梁兄，我想向你打听个事儿。梁新瞟了一眼王十六，淡淡地说：什么事？王十六凑近梁新悄声道：听说县府已抓住了杀死石靖堂的凶手？梁新饮下杯中酒，突然一拍桌子，起身抽出随身腰刀，厉喝道：就是你。那王十六闻言面色大变，慌忙起身操起一张长凳砸向梁新，可他哪是梁新的对手，没打几个回合，就被梁新打翻在地。梁新找来一根绳子，将王十六捆绑结实，然后押往府衙。
海瑞闻讯，立即升堂审问。大堂之上海瑞一拍惊堂木，道：王十六，那石靖堂是不是你所杀，你要从实招来，否则本县定不饶你。王十六早已吓得魂不附体，只好乖乖交代了自己的杀人罪行。
原来，在石靖堂成婚的那天晚上，王十六翻入石府，本欲趁乱偷些东西。谁料他刚翻入石府后花园，石靖堂也恰好来到后花园，二人相遇，石靖堂忙大声呼叫，王十六慌乱间抽出随身携带的匕首，刺向石靖堂的脑部，然后仓皇而逃。
此时，梁新闻声赶来，随后众家丁赶来，便出现了误抓凶手的那一幕。
石府杀人案终于真相大白，凶手被正法，梁新也洗清了冤屈。历城县百姓纷纷赞叹海瑞办案精细。