清朝嘉庆时的一天早上，江西盘山县知县孙兴桥刚洗漱完毕，就听见有人击鼓。稍许，小湾乡小湾村里正报说一个村民在村头的芦苇丛里发现了一具无头女尸，他前去核实时，在尸体的不远处发现了人头，才知死者是村里最漂亮的媳妇谢氏，便忙来报案。孙兴桥接案后马上率衙役赶到了案发现场。
在芦苇深处，孙兴桥看到了谢氏的尸体，不远处，是她被剁下来的人头。孙兴桥将一枚银针扎入尸体的腹部，雪白的银针立即成了黑紫色，可见死者乃中毒而死。死者牙关紧闭，没有被撬开的痕迹，于是孙兴桥断定死者是在被毒死后，才被割头的。从地上的血液凝固程度和尸体旁边虽有苍蝇却无蛆虫的情况来分析，他断定死者被肢解的时间不超过三个时辰。另外，根据多年来的破案经验，孙兴桥隐约觉得死者的头部被剁下来的刀法有些奇怪…．．
孙兴桥从里正处了解到，谢氏和丈夫马三宝感情不和，且与邻居白庆丰关系暖昧。今年年初，两口子又吵架了，马三宝一气之下背起行李到城里的染坊当伙计去了，家里只剩谢氏和她的公婆。孙兴桥沉吟半晌，打算到马三宝家去一趟。
谢氏婆婆一见孙兴桥，就拉着他的手哭开了，直夸谢氏平日孝顺，还求他一定要抓住凶手。谢氏公公说谢氏昨天还好好的，谁知今天早上她说回娘家一趟，就再没回来。孙兴桥听罢，令人传唤马三宝。
没几个时辰，马三宝便被带来了，衙役告诉孙兴桥，马三宝已卧病在床多日，染坊的伙计可以作证。当孙兴桥告诉他谢氏被害时，马三宝当时就愣在那儿了，然后哭了起来。孙兴桥问：“据说你和媳妇感情不和，有这回事吗？”马三宝抹了抹泪说，他和媳妇感情不好，都是因为白庆丰。白庆丰是她媳妇的表哥，两个人很早就有情，后来白庆丰为了和他媳妇接近，甚至把他邻居的房子都买了下来。但他媳妇随后又跟雇她洗衣的财主赵大虎不清不楚。一定是白庆丰见谢氏变心，一怒之下将她杀了，那白庆丰是个杀猪的，杀个人对他来说小事一桩。
这时，一名衙役进来禀报，说小湾村的里正在门外等候，孙兴桥忙让里正进来。里正从一个布包里拿出一把带血的屠刀，说是在白庆丰家门外的柴垛里发现的。早上，白庆丰的媳妇出来抱柴，发现了柴垛内的这把屠刀，吓得惊叫起来，恰好他路过，觉得屠刀可疑，就赶来禀报了。孙兴桥看了看屠刀，暗想，怪不得死者的头部被剁下来的刀法有些奇怪，原来是屠夫所为。他马上令传唤白庆丰和赵大虎。
白庆丰一见堂上的那把屠刀，一脸奇怪，问自己平时杀猪的刀怎到了这儿。孙兴桥厉声喝道： “你和谢氏通奸，发现她又和赵大虎来往后就心生不满，将她杀死，是不是？”白庆丰磕头如捣蒜，大呼冤枉，说他和谢氏相好不假，也知道她和赵大虎有些说不清的地方，可他绝没有杀死她的意思。
赵大虎说：“谢氏只不过是我家的洗衣妇。另外，我昨晚才从山海关贩货回来，很多人可以作证。”孙兴桥查证后，将赵大虎放回，白庆丰暂且收监。
临睡前，孙兴桥还在苦苦思索案情。突然，一个念头在他的脑中倏地闪过，他拍了一下桌案，唤来一个机灵的衙役，对他叮嘱了一番，那衙役便出去了。
第二天，听完衙役的回禀，孙兴桥立刻命人捉拿谢氏的公婆，升堂审案。
原来审讯完白庆丰和赵大虎后，孙兴桥觉得这两人的杀人动机不大，这时，他的脑海里忽然闪过谢氏公公说过的那番话。在孙兴桥看来，此案的线索就是死亡时间，死者被发现时已被毒死至少一日，可她公公却说她当天早上才从家出发回娘家。从马家到陈尸地点不过一盏茶功夫，于是孙兴桥推断谢氏是在家被毒死一天后才被转移到芦苇丛中，然后被肢解的，说谎的谢氏公婆就是疑犯。但关于谢氏脖颈处奇特的刀伤，他依旧不解，于是打发衙役前去查访。经查，孙兴桥得知谢氏公公以前也做过屠夫。
谢氏公婆听完后，瘫坐在地，说出了实情。原来，谢氏公公早就听闻谢氏和白庆丰有染，可儿子是提不起来的主儿，于是谢氏公公决定亲自管教谢氏。那天后半夜，谢氏公公见谢氏溜进了白庆丰的院子，第二天天没亮又溜回来了，就冲到谢氏房里质问她，因一时冲动还打了谢氏一个嘴巴。第二天一早，谢氏婆婆见谢氏很晚了还没起床就进谢氏房内查看，但谁知谢氏一气之下，竟服毒自尽。老两口怕被追责，于是谢氏公公想出了一个办法：他偷了一把白庆丰的屠刀，然后在晚上将谢氏的尸体悄悄背到芦苇丛中，将谢氏的头剁下来，造成被别人残杀的假象。谢氏公公做完这一切后，又将屠刀扔在了白庆丰家的柴垛下，本想嫁祸于白庆丰，没想到最终还是被孙兴桥识破了。
听完供述后，孙兴桥将谢氏公婆收监，一桩断头悬案就此告破。