北宋皇佑二年，东京汴梁发生了一件轰动朝野的大案。
有一青年，名叫冷清，自称皇子，遍访六部衙门，要求进宫面君，认祖归宗。冷清言其母亲原是宫女，曾得皇上临幸，身怀有孕后被遣散回家，不久生了他，并有御赐龙凤绣抱肚为凭。此事沸沸扬扬，闹得满城风雨，朝野议论纷纷。
仁宗闻知，将信将疑，查明真假皇子，由谁负此重任？众大臣举荐包拯。仁宗深知包拯公正廉明，善破奇案，屡断疑难，便颁旨命包拯查处此案。
包公接旨，辗转深思：仁宗无子，十分着急。如果冷清是真皇子，仁宗后继有人，皇上后顾无忧，那是一件幸事。倘若冷清是假皇子，却被仁宗误认，后果不堪设想，事关社稷安危，务必慎之又慎。
包公反复思考：查明事情真相，从何入手？仁宗自从当上皇帝，就希望早生皇子，但一直未能如愿。心里怎能不急？后宫佳丽，妃嫔宫女，曾得仁宗临幸，不计其数。每临幸一次，仁宗就赐给龙凤绣抱肚一个。仁宗几次遣散过宫女，准其还乡嫁人。
这些遣散宫女在外边生了孩子，其中是不是有皇子？仁宗自己也说不清楚。解铃还需系铃人。冷清母亲是不是遣散宫女？龙凤绣抱肚是不是皇上亲赐？冷清究竟是不是皇子？查清这些问题，还得从冷清身上下手。包公夜不成寐，思得一计。次日一早，唤张千近前，面授机宜。
张千扮作侠客，将冷清请到酒馆，设宴款待，礼遇有加，频频举杯。冷清不知是计，开怀畅饮。张千见冷清喝到七八分醉，口无遮拦，便同他拉起了家常。冷清酒后吐真言，说出了家庭情况。家有４口人，父亲、母亲、姐姐和他。父亲冷绪，在京城开药铺。母亲王氏，原是宫女，出宫后嫁与冷绪，生姐弟二人。姐冷艳，弟冷清，张千向包公作了回禀。
包公认为，冷清有个姐姐，这一情节至关重要。包公决定明察暗访，彻底查清冷家情况。包公走访了冷绪街坊邻居，了解到：王氏出宫一年后嫁给冷绪，先生一女，后生一子。包公询问王氏：何时入宫、出宫？何时改嫁、生育？王氏答道：天圣元年进宫，三年出宫，四年嫁冷绪，五年生冷艳，六年生冷清。
包公问清了冷艳、冷清的出生年月，从时间上排除了冷艳、冷清是皇女、皇子的可能性。包公问冷绪和王氏：是否知道冷清冒充皇子之事？二人浑然不知，并说此子从小不务正业，到处游逛，最近不知到哪里去了。包公问王氏：可有御赐龙凤绣抱肚？王氏言有，是皇上临幸时所赐。但王氏翻箱倒柜，寻找不见。包公告诉王氏：龙凤绣抱肚现在冷清手里。
包公回府，心里纳闷：冷清不过是个无知青年，他怎么想起冒充皇子来了？这可是杀头之罪！幕后是不是有人唆使？包公命张千秘密跟踪冷清，看他跟谁来往，谈论什么？张千发现冷清常与道士高继安来往。包公命调查高继安的情况，张千很快查明，高继安曾因诈骗被判刑，刑满释放后回到京城，在京郊一道观当道长。
这日，张千见冷清去了高继安道观，便越墙潜入观中，窃听二人谈话。只听见冷清称呼高道长。高继安问泠清：大事进行怎样了？冷清答道：我已遍访六部，朝廷将信将疑。高继安教唆道：你不用害怕，要装出俨然一副皇子样。万一不行，就佯装颠狂。高继安让冷清留宿道观，彻夜长谈，张千急速回报。包公命张千带人连夜包围道观，拘捕高继安、冷清到堂讯问。
包公先审冷清，冷清仍自称皇子。包公问：你是不是还有一个姐姐？你姐姐不说自己是皇女，你又怎么是皇子呢？冷清无言以对。在无可辩驳的事实面前，冷清不得不低头认罪。包公问：你怎敢冒充皇子？冷清供受高继安唆使。包公令冷清画供，暂押一旁。包公又审问高继安。
高继安知冷清已招供，只得如实交代：我风闻仁宗无子，是个“皇子迷”，认为有机可乘。后遇见冷清，听他言道其母原是宫女，曾得皇上临幸，并有御赐龙凤绣抱肚。我便教他自称皇子。一旦仁宗认下，他就是太子，将来就是皇帝，我就是朝中大臣。包公令高继安在供纸上画押，命将高继安、冷清枷入死囚牢内。
此案真相大白。包公连夜写成奏折：臣奉旨查明，高继安教唆冷清假冒皇子。事实清楚，证据确实，二人供认不讳，依律当斩。第二天早朝奏明皇上，仁宗准奏。
包公命从大牢提出高继安、冷清，验明正身，绑赴刑场，斩首示众。
包公不负众望，智查假皇子案，维护了京师治安，受到仁宗嘉奖。
