清顺治年间，浙江金华府下有一个临河的小村子，靠村边住着村民张三两，张三两的妻子前年去世，五十多岁的他一人独居，公正爽直。虽然身体很弱，却经常照顾隔壁的寡妇弟妹倪氏。倪氏也很敬重他，有时也帮他做点家务。
张三两有个妹妹，嫁给了本村的林顺三。夏秋之季，正是骤雨频发的时期，这一年的雨水又特别多。一天半夜，一条黑影趁着暴雨闪入了张三两家。张三两听见声音，随声问了一句，还没有来得及起身点灯察看，一条木棍猛击到背上。张三两一下跌到床下，一边反抗一边喊救命，木棍接连猛打在他头上身上。
隔壁倪氏听到叫声，边问边推门探进头来，凶手低声凶狠地吼叫：“再叫连你一块杀死！”倪氏听出是本家堂兄弟张十三的声音，吓得转身就逃，急忙藏在竹林里。过了一会没人来追，又点上火把看看周围确实没人，就赶快到张三两的妹妹林张氏家，说了刚刚发生的事。
林张氏立即让丈夫去找来地保徐时番，一起到张三两家查看。屋门没锁也没插，张三两人也不在，床上被子很乱，米包上、簸箕下血迹斑斑。张氏四下寻找，仍找不到哥哥，她悲痛不已，决心替哥哥申冤，去县衡告状。
次日天刚亮，张氏就和倪氏一起上路了。走到村头河旁，见小桥已被暴涨的河水冲坏，两人又去叫起就近有船的徐五六，求他过河。正要上船，张十三赶到了，强拉倪氏回村，林张氏只得自己去县衙告状。县令汤兴接案后，立即去查看现场，拘捕人犯张十三，传讯有关人证。
县令分别隔离审讯查问。第一个传讯的是地保，地保如实地讲述了自己的所见所闻。接着传问的是倪氏，倪氏却说她对张氏说的都是夜里作的梦，吓晕了头，才去瞎说的，并不是真的。县令又问倪氏，张十三为什么强拉你，回去后又做了些什么？
倪氏说，张十三要我不要把梦当真，还说我精神有毛病，让我回去休息，我就回家休息了，什么都没做。县令又传讯张十三的妻子范氏，范氏说她丈夫一直在她的身边，并未出门。县令再传讯张十三的弟弟张十四，张十四直言不讳地供认是张十三杀了堂兄张三两。
张十四说，那天夜里下大雨，已是后半夜，张十三把我叫出来，说有急事让我帮忙，我就跟他来到张三两家。看到张三两满脸满身是血躺在地上，真吓死人了，我转身就跑，被张十三一把抓住，说他打死了张三两，只能求我这个弟弟帮他把尸体抛到河里去，我怕被人发现，拿不定主意要不要帮他。
他说村小人少，又是大雨天的后半夜，脚印一会就被雨浇没有了，尸体抛在河中，顺着洪水很快就漂走，万一老远的下游发现个淹死的尸体，这个季节淹死个人也不会有人当成大事。张十三说这话时，拉住了张十四的手，张十四见无法走脱，只得胆战心惊地帮他把尸体抛入河里，做这一切的时候，没有任何人看见。
县令随后传讯了船夫徐五六，徐五六说出了张十三如何拉走倪氏，如何与倪氏对话等情况，证实了张十三在河边拉走倪氏的事实。县令最后传讯了张十三，张十三一口咬定自己没有做任何犯法的事情，每天晚上都在家陪老婆睡觉，有时候还喝一点酒。张十三说别人说他杀了人，那都是在诬赖，想借机报复自己。张十三反问县令：“说我杀人，那凶器在哪里？尸体又在哪里？”
县令知道，现在问不出什么结果来了。于是只得暂停审讯，派出官差去打捞尸体、查找凶器。倪氏被传讯之后就病倒了，倪氏想到自己说了谎话，良心备受煎熬，经常作恶梦。由于经受不住精神上的重压，便向官府交代了自己如何说谎，张十三如何行贿逼迫自己的事情。不久之后，倪氏因病离开人世。
倪氏愧疚死去，更加坚定了凶手就是张十三的事实。县令当即提审张十三的妻子范氏，范氏经受不住审讯，供出了实情：
张三两失踪那天夜里，张十三醉醺醺地半夜才回到家里，手里拿着一根木棍，说是要去找张三两算账，非要打死他不可。范氏真的怕他打人出事，劝说不听就与他抢夺木棍，张十三将妻子推倒在地，随后扬长而去。
县令全面分析了案情之后，再审张十三。面对众多证据，又在一顿杀威棒的招呼之下，张十三只得承认杀人的事实：
原来，村民王大的田粮户口原本寄托在张十三家，后来张十三贪得无厌，王大就把田粮户口迁移到村民陈同家里。这样一来，张十三的利益就受到了损害，失去了田粮收入和当差人的收入。张十三于是勒索王大另立户银50两，却没有得逞。张十三怀恨在心，去金华府状告王大私自乱立户口，金华县令得知情况后对张十三进行责备惩罚，记录在案。
张十三勒索不成反被罚，一肚子火气没地方发泄，回家路上正好遇见堂兄张三两，张十三于是向张三两说自己的遭遇，发泄不满情绪。张三两是个直人，当面斥责了张十三胡作非为，并说了一句令张十三恼羞成怒的话，张三两告诉张十三：“你凭啥勒索人家？你这是穷疯了，还是没见过钱？”
张十三心身材狭隘，认为张三两胳膊肘往外拐，不给自己面子，张三两说的那句话，他越想越窝火，恨不得杀了他才解恨。这天晚上下大雨，张十三出去喝酒，又想起了这件事情，酒浇仇怨，怒火中烧，回家的路上又捡到一条木棍，就想用木棍去狠狠揍张三两一顿，妻子越劝火气越大，推倒妻子就直奔张三两家。
张十三进门后抡起木棍就打，听到倪氏应答张三两的呼叫，便威吓倪氏说：“你再叫，连你也打死”。张十三喝了酒，下手没有分寸，很快就将张三两打死。杀死张三两之后，张十三发现倪氏逃走，并没有去追，因为要急着处理尸体，于是就找来弟弟张十四帮忙。张家兄弟将尸体抛入河水暴涨的河中，顺手把木棍也一起扔进了河里。
张十三想起倪氏知情，于是第二天便去寻找倪氏，当发现倪氏正与林张氏往河边走，就追上前去将她强拉回来，倪氏说自己已经把事情真相说给了林张氏听，张十三便连哄带吓，又送了一些银子给她，让她改口说什么都没听见，对林张氏所说的一切都是恶梦。
张十三心狠手辣，他拉住倪氏说话时，腰间露出一把尖刀，倪氏吓得半死，只得连连答应。张十三又去威胁胆小怕事的弟弟张十四，让他不要泄露任何消息。但是，张十四还是承认了帮张十三抛尸的事实，倪氏后来又承认了自己所见为真的情况，张十三恼羞成怒，在狱中买通狱卒，杀死了自己的弟弟。
张十三在狱中杀人，此举惊动整个县衙。县令严查之下，将受贿狱卒贬斥并杖责50大板，雨夜屠夫张十三凶残成性，心身材狭隘，先后杀死堂兄、弟弟、逼死倪氏，真是罪大恶极，拟判枭首示众之刑。不久之后，雨夜屠夫张十三被处斩，首级挂在闹市街口示众，以儆效尤。
自此，清代雨夜屠夫案结案。
