清朝咸豐年間，直隸某縣有一個叫涼水井的小鎮，鎮上的城隍廟前有一口水井，這口水井裡的清澈甘甜，附近民眾都到這裡來挑水吃，小鎮也因水井得名。
一天早晨，鎮上豆腐店裡的夥計趙福林起早挑水，當他把水桶提上來時，發現水桶裡竟然打上來一顆女人的頭顱，女人的長髮裹住面部，看不清楚長相。趙福林見到這恐怖的一幕，嚇得丟下水桶跑去縣衙報案。
當地縣令接到報案，立刻派捕頭楊元忠帶著衙役和仵作趕去檢視。按照《大清律例·刑律》規定：但凡命案發生，縣令或主事官員必須趕赴現場勘驗，縣令或者主事因事來不了的，必須要派得力人員趕往勘驗。楊捕頭來到現場，發現水桶裡有一顆女人頭顱，周圍已經圍了一圈看熱鬧的百姓，百姓們對著人頭指指點點竊竊私語。
楊捕頭問一旁的保長徐有成是否認識這個女人，徐有成說鎮上人口他都熟悉，就是不認識這個女人。女人的頭顱被打撈上來時，有不少人來看熱鬧，他們也說沒有見過這個女人。楊捕頭又問仵作有什麼發現，仵作說人頭是被利刃割下來的，其手法殘忍狠毒，下手時非常有勁。頭上其他部位完好，沒有割砍的痕跡。
井中發現了人頭，屍體可能會在井裡。楊捕頭於是讓保長徐有成找來各種工具，在井口上邊搭上架子，用一個竹籃將衙役送入井下去打撈屍體。衙役果然在井底發現了屍體，衙役用繩子將井底的屍體拴住，眾人在井口上用力拉拽，沒多久就把屍體拉出了井口。
屍體拉上來後，楊捕頭上前一看，卻發現這分明是一具男子的屍體。男子屍體被砍掉頭顱，只有四肢尚在，屍體身上沒有外傷，只有脖子處有砍割的傷痕。楊捕頭又讓圍觀的人辨識這具男屍，結果所有人都不認識男子是誰。一個人頭和一具無頭屍體，圍觀的人都不認識，這下真的成為了無頭公案了。楊捕頭讓徐有成將人頭和屍體收斂安放在臨時搭建的停屍房裡，待查詢到兇手再將其掩埋。
中午時分，楊捕頭等人肚中已經飢渴，於是踱步到鎮上的一家“亨運達”酒樓吃飯。楊捕頭等人換了便衣才過來吃飯，目的是不想驚擾鎮上百姓。楊捕頭等人進入酒樓後，當地保丁李晃早已經迎候在門外。李晃見楊捕頭等人進入酒樓，馬上迎上去招待他們入住，並說保長徐有成已經給他們包下了食宿，眾位大人可以在此盡情享用。
楊捕頭聽罷，臉上浮現出一絲不悅。辦案屬於正常工作，不該由保長出錢請吃請住，況且楊捕頭打算微服私訪，這下被人認出，案子還如何查呢？楊捕頭當即推辭，帶著三個衙役轉到了離城隍廟不遠處的一個小酒館吃飯。
楊捕頭幾人進入小酒館後，要來了一些酒菜飯食。就在四人喝酒聊天之際，酒館裡一個負責上菜的小二藉著給楊捕頭斟酒的機會，悄悄告訴楊捕頭：“保丁李晃知道被殺的女人誰，找他就可以。”楊捕頭聽了此話，故意裝作沒有聽到一樣，繼續喝酒吃菜。
酒足飯飽之後，楊捕頭給了小二一塊碎銀子，將他約到鎮外一片小樹林裡詢問他有關案子的事情。小二叫劉奎，今年17歲，半年前在街上扛樹枝時不小心杵到了李晃，結果被李晃打了幾個嘴巴。劉奎當眾被人羞辱，心中一直咽不下這口氣，這口氣到現在也沒有出。
今天上午，當豆腐店夥計趙福林從井中撈出人頭之後，李晃陪著保長徐有成到現場檢視，當李晃走近檢視人頭時，嘴裡低聲說出看一句：“咦，他的屍體怎麼也在水井裡呀？”李晃說話的聲音雖然不大，卻已經被站在他身邊的劉奎聽得一清二楚。李晃這句話說得蹊蹺，好像他早就知道水井裡有屍體似的。
楊捕頭聽了劉奎的話，問他是否因為當初受了李晃的氣，所以趁機誣陷報復。誣陷報復是要被治罪的，至少要被杖責二十大板。劉奎說他絕對沒有說謊，也不是單單為了報復李晃，保長徐有成有錢有勢，在當地橫行霸道，欺男霸女，做下了不少壞事惡事。
保丁李晃是徐有成的心腹，此人狗仗人勢，處處為徐有成行兇作惡，鎮上人人懼恨他們，奈何徐有成在此地盤踞多年，鎮上居民都敢怒不敢言。李晃有一個相好的女人名叫胡杏花，住在城隍廟附近，可以去那裡找李晃。楊捕頭聽了劉奎的話，讓他不要聲張此事，又低聲對他囑咐了幾句才將他放回去。
當天晚上，楊捕頭四人悄悄摸進鎮裡，他們按照劉奎指點的位置翻牆進入了胡杏花的家中，從胡杏花的被窩裡將光溜溜的李晃提出來，叫他穿上衣服後連夜用馬車拉去縣裡審問。楊捕頭將李晃拖入大堂審問，請來縣令拷問李晃。楊捕頭提前將查案的情形彙報給了縣令，縣令一拍驚堂木，喝問李晃為何謀殺井裡的一男一女，還不趕快老實交代罪行？
李晃跪在大堂地上，叩頭如搗蒜一般說自己並未殺人，更不知道井中的屍體是誰？他在相好胡杏花家裡睡覺，不知何故被楊捕頭等人抓來審問，他真的是冤枉的。縣令見李晃油嘴滑舌，且容貌猥瑣可鄙，知道此人並非善良之輩，於是讓衙役杖責李晃。幾大殺威棒打下去，李晃被打得皮開肉綻，只得老老實實承認了一切：
原來，井裡的無頭男屍叫陳顯安、女人叫林淑珍，是陳顯安的妻子。陳顯安是保長徐有成的遠房表弟，老家在山西大同，從事布匹和茶葉買賣。此次準備進京開綢緞莊，順道來看看錶哥徐有成。陳顯安這幾年經商發了財，他攜帶了一千兩銀票前來開店，買了兩輛裝飾豪華的馬車作為交通工具。
陳顯安有錢且仗義，出手很大方。來到鎮上之後，給表哥又是買衣服、又是買鼻菸壺等，徐有成一家上下都收到了陳顯安的禮物。陳顯安此行還帶著新婚妻子林淑珍，林淑珍是大同一戶仕宦人家的女兒，自小知書達理且長得貌美如花，容貌宛若天人。徐有成見表弟陳顯安身懷重金，又有美妻為伴，心中不免嫉妒起這個當年連飯都吃不飽的窮表弟來。徐有成見了陳顯安及其妻子後，日夜茶飯不思，心中堵得不行。最後他決定殺了陳顯安，奪走他的一切。
一天晚上，徐有成假惺惺地在“亨運達”酒樓擺下了一桌上等酒席，為表弟一家餞行。按照陳顯安的計劃，準備明天啟程出發進京，表哥徐有成隆重為他餞行，他自然沒有半點懷疑就帶著妻子林淑珍前往赴宴。
徐有成早就在酒裡下了蒙汗藥，陳顯安夫婦才喝了幾杯酒就被迷昏倒在桌子上。徐有成迷昏陳顯安夫婦後，叫來城隍廟的慧空和尚把陳顯安用車運到郊外殺害。隨後，徐有成又讓人用一頂小轎把昏迷不醒的林淑珍抬回自己家裡，當夜將林淑珍糟蹋。
半夜時分，蒙汗藥退去之後，林淑珍醒了過來，看到身邊躺著的是徐有成後，當即大哭大鬧起來。林淑珍抓起桌子上的古玩瓷器朝徐有成的腦袋砸去，徐有成躲閃過去，隨手拔出床頭掛著的一把快刀，一刀就砍掉了林淑珍的頭顱。徐有成殺死了林淑珍，心中有些後悔，但此時已經沒有後悔的餘地了。他找來心腹保丁李晃，讓李晃將林淑珍的人頭和屍體包上，用車推到外面去埋了。
李晃是徐有成最忠實的狗腿子之一，他和城隍廟的慧空和尚被鎮上人稱為徐有成的“雙狗”。李晃二話不說就弄來口袋將林淑珍的屍體和頭顱裝上手推車，一路朝正外走去。李晃推著小車來到涼水井時，車子突然陷入了一個土坑裡，林淑珍的腦袋突然“嗖”地一下就被折進了水井裡。
李晃見人頭掉進水井裡，當時嚇得不知所措，他趴在井邊看了看，井裡黑漆漆的一片看不清楚，李晃沒有辦法撈起人頭，他也料想人頭已經沉入了井底，索性懶得去撈了，於是便推著屍體趕往鎮外的一片樹林將屍體掩埋。
李晃埋好屍體返回鎮上覆命，把人頭掉入井裡的事情一五一十地告訴了徐有成，徐有成打了李晃兩個耳光罵他辦事不力。他們原本打算第二天晚上悄悄將頭顱撈起，誰知第二天天還沒亮豆腐店的夥計趙福林就撈出了頭顱，並第一時間跑去縣衙報了案。因為趙福林報案很早，所以李晃等人沒有機會撈起頭顱毀掉。
為何陳顯安的無頭屍體在井裡被發現？李晃說他也不知道。後來，楊元忠捕頭一行來到鎮上辦案後，徐有成又指使李晃在“亨運達”酒樓為他們包下食宿，一來是為了監視他們辦案，二來也是為了在情況不妙時對他們下毒。縣令聽了李晃的供詞，相信李晃所說的話為真，於是又讓李晃帶著楊捕頭等人到鎮外挖出了林淑珍的屍體，同時又派人將徐有成抓捕歸案，城隍廟裡的慧空和尚也一起拘捕到堂。縣令升堂問案，分別對他們進行審理。
慧空和尚交代：他早年是一個土匪，殺人越貨做了不少惡事，後來出家當了和尚。保長徐有成知道他的身世後，經常以此要挾他，讓他暗中做些殺人劫財的勾當，又將城隍廟的香火錢分一半給他。前天晚上，他按照徐有成的指令，把昏睡的陳顯安用斧頭砍死後，裝進口袋用扁擔挑著出城去。結果來到城隍廟附近時，由於屍體實在太重，一邊重一邊輕很難挑。於是他就把屍體丟進了涼水井裡，只把一顆不重的人頭埋到了山裡的一棵老柿子樹下。
慧空和尚招供，縣令又派楊捕頭等人到老柿子樹下挖出了陳顯安的人頭，縣令又讓人傳信給山西大同找到陳顯安的家人前來辨認，證實了這兩具屍體是陳顯安、林淑珍夫婦的。人證物證俱在，徐有成百般抵賴也沒有用，最終只得承認了惡行。
按照《大清律例·刑律》規定，徐有成等人犯下了殺人毀屍罪，下毒謀害婦人罪，按律判處斬首。最終徐有成、慧空和尚、李晃被判處斬首，示眾三日，“亨運達”酒樓的掌櫃被杖責三十，並關押三年，酒樓屬於徐有成的私產罰沒充官。徐有成強佔陳顯安的一千兩銀子，如數判歸其家屬。
此案到此才算結案，百姓此時才明白這起案子的來龍去脈。真可謂是人心隔肚皮，徐有成在鎮上作惡多年，原本就不缺錢，但他看到表弟過得很好後，就動了嫉妒心、貪戀心，垂涎表弟的錢財、垂涎弟媳的美貌，加之他在當地一手遮天多年，認為可以為所欲為，於是便做下了這等喪心病狂之舉。陳顯安到死都不明白，害了他的竟然是他的表哥。陳顯安夫婦、徐有成及其兩個幫兇都先後送了命，五條人命的背後，貪慾是最大的惡魔。
此案告誡後人：財不可露白，人不可全信，有些看似很親的人，實則包藏禍心，防人之心不可無，遇難時已追悔莫及。