话说大唐开元年间，长安城西有处宅邸，朱门碧瓦，庭植双桂，乃是吏部侍郎裴光庭之宅。这裴公原配早丧，续弦郑氏，乃荥阳望族之女，性颇妒忌。裴公前妻留有一子，名唤裴谦，年方十九，生得眉目疏朗，性情温良，终日闭户读书，不求闻达。那郑氏亦育一子，取名裴让，年尚垂髫，娇惯异常。
这日正值寒食，裴谦携老仆裴福至曲江池畔踏青。但见柳烟漫堤，桃花照水，游人士女如云。忽见一老妪踉跄跌入池中，众人哗然惊散，唯裴谦疾步上前，与裴福合力救起。老妪衣衫尽湿，怀中却紧抱一锦匣不放手。
裴谦温言道：“老人家可曾伤着？且随我到亭中稍歇。”遂解下外袍为老妪披上。老妪凝视裴谦面容，忽垂泪道：“郎君善心，老身感佩。此匣中乃先夫遗物，若今日失落，九泉之下无颜相见。”语毕开启锦匣，内盛一枚白玉蟾蜍，雕工精绝，蟾目以赤珠镶嵌，莹然有光。
老妪道：“此物乃太宗朝西域贡品，先夫随李靖大将军征突厥时，圣上亲赐。今观郎君仁厚，老身愿以此相赠。”裴谦坚辞不受。推让间，忽闻马蹄声急，十余骑驰至，当先一人紫袍玉带，竟是当朝宰相李林甫之侄李嵘。此人素称“长安一害”，纵奴行凶，百姓避之如虎。
李嵘扬鞭指玉蟾：“老虔婆，昨日不肯卖此物，原来在此私相授受！”遂令恶仆抢夺。裴谦将老妪护在身后，正色道：“天子脚下，岂容强夺？”李嵘冷笑：“裴家郎君？你父见我家叔父尚需躬身行礼，尔敢拦我？”忽瞥见裴谦腰间佩玉，嗤笑道：“破落户也学人佩玉？”竟挥鞭击之，玉佩应声而碎。
此时忽闻钟鸣，众人皆惊——原是金吾卫巡街将至。李嵘悻悻然道：“且记下这笔账！”率众呼啸而去。老妪叹道：“累及郎君矣。此玉蟾有灵，郎君善藏之。”强塞裴谦怀中，倏忽消失在人群之中。
裴谦归家，夜不能寐。取出玉蟾把玩，见蟾底镌有细小篆文：“月满则盈，慧极必伤”。忽闻窗外异香扑鼻，推窗见庭中桂树下立一缁衣道人，鹤发童颜，稽首道：“公子既得玉蟾，便是缘法。此物可鉴人心，然福祸相倚，慎之慎之。”言毕化作白鹤冲天而去。裴谦惊疑不定，乃将玉蟾藏于匣中秘不示人。
却说这日吏部考功司主事张望之宴请同僚。席间谈及今岁进士科考，李林甫欲荐其侄李嵘为状元。裴光庭默然不语，忽有侍从来报：裴谦前日冲撞李府公子，李相震怒。裴公归家即召裴谦厉声斥责，郑氏在旁添油加醋：“谦儿平日看似老实，原来在外惹是生非！”竟命家仆杖责二十。裴谦伤口溃烂，高烧三日，幸得老仆裴福暗中求医问药，方得保全性命。
养伤期间，忽有神秘女子每夜隔窗投药。裴谦疑为狐仙，某夜强撑伏于窗后，见一素衣女子悄然置药于窗台，月光下面容皎洁如莲。裴谦轻咳一声，女子惊走，落下一方鲛绡帕，上绣并蒂莲，角缀“素娥”二字。
转眼春闱将至，裴谦伤愈赴考。策论题为《平戎策》，众举子皆颂天朝威仪，唯裴谦以汉末五胡乱华为鉴，谏言边镇节度使权责过重。考官皆变色，独礼部侍郎颜真卿击节称善。放榜之日，裴谦竟中探花。李嵘虽得状元，然长安士林皆知其实，街头童谣传唱：“李树花，裴家果，金銮殿上真假颠。”
琼林宴上，李嵘故意打翻酒盏污裴谦衣袍。裴谦避至后园，忽闻女子啜泣声。循声见一女子被困枯井，急取藤蔓救之，竟是那夜送药女子。女子自称素娥，原为教坊司乐伎，因不愿为李嵘妾室遭囚于此。正言语间，闻人声喧哗，李嵘率众而来，诬裴谦私会官妓。
危急时，忽闻内侍高呼：“颜大人到！”颜真卿正陪同一青袍官员踱来，竟是微服巡访的监察御史韩愈。韩公细询情由，素娥泣诉遭遇。韩愈勃然：“朗朗乾坤，岂容逼良为贱！”李嵘悻悻退去。韩愈对裴谦颔首：“早闻探花郎策论惊人，果然见识不凡。”
裴谦归家，夜半闻叩窗声。素娥悄至：“妾本苏州刺史陆明之女，三年前父亲遭陷害流放，妾没入教坊。今闻李府欲对郎君不利，特来相告。”言毕匆匆离去。次日果有御史台吏卒至裴府，言裴谦试题涉嫌泄密，锁拿入狱。
裴福急寻颜真卿相助。颜公蹙眉：“此案由李林甫亲审，恐难转圜。”忽有门吏报一游方道士求见。道士入内揖曰：“贫道知裴公子蒙冤，今献一计。”遂取出一枚与玉蟾极为相似的赝品，“真蟾可藏于大理寺狱神像下，待时机至自有分晓。”
裴福依计而行。却说裴谦在狱中，忽见狱神像后透出莹光，取视竟是玉蟾。当夜月华满室，玉蟾竟吐人言：“君可见蟾腹中物。”裴谦旋开蟾腹，得素绢一卷，详载李林甫勾结节度使安禄山之密。正惊骇间，闻狱卒呼：“裴谦转押刑部！”忙藏玉蟾于怀。
转押途中，忽遇蒙面人劫囚。为首者竟是素娥，原她乃江湖侠女“玉面罗刹”，专劫贪官污吏。救裴谦至终南山中秘宅，方道实情：“家父实为前任监察御史，因查李林甫罪证遭害。妾混入教坊只为搜集证据。”二人夜探李府别业，听得李嵘与安禄山使者密谋：欲借狩猎之机行刺太子。
次日骊山狩猎，裴谦乔装卫士随驾。忽有猛虎直扑太子，千钧一发之际，裴谦以玉蟾掷虎眼——原来玉蟾乃玄铁所铸，重逾金石。虎目吃痛偏扑，竟将旁侧李嵘压于身下。侍卫乱箭射虎，李嵘重伤濒死，紧抓裴谦衣袖嘶声道：“书房...暗格...”气绝身亡。
李林甫痛失爱侄，疑裴谦所为却苦无实证。忽有吐蕃使节朝贡，献宝中有玉蟾一对，言此乃吐蕃国宝，失窃多年。李林甫趁机发难，诬裴谦盗取国宝。圣命彻查，果从裴宅搜出玉蟾。裴谦辩称乃老妪所赠，然无人为证，被判秋后问斩。
素娥劫法场失败负伤，遇游方道士相助。道士叹道：“欲解此局，需寻赠蟾人。”二人至终南山寻访，终在一处秘境见当日老妪，原是隐居多年的太宗朝女官。老妪道出玉蟾真相：此乃太宗赐予西域使者的信物，共有一对，一存吐蕃，一留中土。中土这只本由李靖后人保管，怎料后代堕落，典当于市，被她赎回。
正在此时，裴福慌张来报：裴谦在狱中染疫危殆。老妪取出一枚丹丸：“此乃孙思邈真人所炼，可起死回生。”又授素娥锦囊一枚，“关键时刻方可开启。”
裴谦服药苏醒，见狱墙刻满诗文，竟有数首是李嵘笔迹，其中暗藏与安禄山往来密语。忽闻圣驾亲临大理寺——原是颜真卿以死谏君，言科举案有冤。玄宗偶入狱中，见墙上诗句勃然变色：“此非李嵘字迹？怎会在此？”
原来李嵘生前常来狱中耀武扬威，酒后题诗于此。裴谦趁机献上李林甫罪证。玄宗令高力士密查，适逢安禄山献“瑞麦”入朝，麦中竟藏密信，约李林夕望日举事。玄宗震怒，却苦无李林甫直接罪证。
处决前夜，素娥忆起锦囊，启视见三字：“玉蟾腹”。急携玉蟾探监，二人共旋蟾首，内藏微缩绢图，竟是李林甫在终南山私建密室所在。玄宗派禁军查抄，得龙袍玉玺若干，更有与节度使往来书信。铁证如山，李林甫革职下狱。
裴谦冤雪释狱，玄宗欲授官爵。裴谦却请旨：“臣愿赴苏州查陆明案。”原来自玉蟾显灵后，他常梦一青袍官员泣诉冤情。至苏州查得陆明因阻李林甫强占民田被诬，案卷中竟牵扯出郑氏家族——当年郑父为巴结李林甫，伪造证据害死陆明。
裴谦归家质询，郑氏疯癫大笑：“不错！我父助李相除患，换得裴光庭官运亨通！”屏风后裴光庭踉跄走出，老泪纵横：“我竟不知你是这般上位...”当即写休书。郑氏当夜悬梁自尽。
裴谦与素娥终成眷属，辞官隐居终南山。某日偶访老妪旧居，见白鹤衔书而至，展读乃道士手书：“玉蟾本仙物，乱世现人间。浊清自分明，因果终有报。”二人相视而悟，遂将玉蟾沉于太乙池中，再无现世。
后安史之乱起，玄宗幸蜀。途经终南山，遇一樵夫献泉解渴，帝觉面善，问之乃裴谦。裴谦献《平乱策》十卷，帝叹：“若早用卿言，岂有今日！”然策未及实施，潼关已破。裴谦夫妇组织义军抗敌，后不知所终。野史传二人得道仙去，每见月圆之夜，太乙池中常有玉蟾浮水，莹光皎皎，如月如鉴。
此正是：玉蟾照影善恶明，乱世浮沉因果清。莫道天公无耳目，举头三尺有神明。