武松打虎成名，做了阳谷县的步兵都头领，众人都来道贺。武松虽然高兴，但仍然挂念家里的兄长，打算稍过几日就回家探视。
一天，他在街上散步，忽听得后面有人叫他。回头一看，不是别人，正是他日日挂念的兄长武大郎，便忙拜倒在地。武大和武松虽是一母所生，但武大身材矮小，面貌丑陋，而且胆小怕事，软弱本分，乡里人都称他“三寸丁谷树皮”。父母去世早，他穿街走巷挑担卖炊饼，把弟弟抚养成人。兄弟间的感情，自然非同一般。武松遇见哥哥，又惊又喜，问起武大怎么会到阳谷县来，武大告诉他一件事，却是武松做梦也想不到的。
原来，清河县某大户人家有个使女，叫潘金莲，年方二十，长得花容月貌。主人好色，常常纠缠她。她嫌那大户又老又丑，不肯依从。那大户屡次纠缠不能得手，心中怀恨，决意让潘金莲嫁一个特别丑陋的丈夫。于是，那大户找到了武大，不要他一文钱，倒贴嫁妆，把潘金莲送给他做妻子。武大白得一个如花似玉的妻子，自然欢天喜地。不过，那潘金莲天性轻浮，对丈夫又没有感情，常招惹得县里的一帮无赖天天到他家门口胡闹。为此，武大在清河县住不下去，只好搬到阳谷县，依然卖炊饼为生。
听了兄长一番叙述，武松惊讶不已，就随武大一起去他们在紫石街的新居。叔嫂见面，自然有一番热闹。武松看那潘金莲，果然万种风情，与老实巴交的兄长怎么也配不到一起去，内心不免隐隐地感到忧虑。不久，知县派遣武松押运一批金银去东京。临行，武松买了一些果品酒食，到兄嫂处话别。
武大见武松到来，十分高兴。三人到楼上坐下，武松让兄嫂上座，不断地劝兄嫂喝酒吃菜。吃得差不多了，武松满满地斟了一杯酒，站起来，对武大说道：“哥哥在上，今日兄弟我蒙知县大人差遣去东京办事，明日就要起程。哥哥为人懦弱，我不在家，怕有人欺负你。只望哥哥自明日起，每天迟出早归，不要和人喝酒，回到家里早早关门，免生是非。若有人捣乱，不要和他争执，等我回来再说。若能依我，请哥哥满饮这杯酒。”武大答应了，接过武松的酒，一饮而尽。
武松又斟第二杯酒，对潘金莲说道：“嫂嫂是个精细的人，不用我多说。常言道‘篱笆扎得紧，野狗钻不进’，嫂嫂把住了家门，哥哥就没有烦恼了。”潘金莲听出武松的意思，不觉恼怒起来，立起身子，涨红了脸，指着武大骂道：“你这个窝囊废！在外人面前说我什么了？老娘拳头上立得人，胳膊上跑得马。自从嫁到你家，蚂蚁也不敢进屋来。有什么篱笆不牢、野狗进来的事？”武松不管她恼火，只是笑了笑，说道：“嫂嫂说得好，既能如此，请饮过此杯。”潘金莲哪里肯喝，用手推开酒杯，一扭身，“噔噔噔”地下楼去了。
临别，武大送武松到门口，说道：“兄弟去了，早早回来，和你相见。”口里说，不自觉眼中掉泪。武松心里难过，再三叮嘱武大保重身体，小心门户。
武松走后，武大果然晚出早归，把门户看得紧紧的。最初几天，潘金莲也还安分，时间久了，哪里耐得住？恰好县城里有一个叫西门庆的暴发户，原本开一家生药铺，后来发迹了，又在县里包揽讼事，会一些花拳绣腿，喜欢寻花问柳，是地方上一霸。一次偶然的机会，西门庆遇见了潘金莲，一见生情。于是，他日日到武大门口转悠，苦于找不到机会。凑巧，隔壁开茶馆的王婆也是个不守本分的人，一心要赚西门庆的银子，便主动为他们牵线搭桥，安排他们两人见面。每天上午，武大一走，潘金莲就一头钻进王婆的家，和西门庆幽会。时间久了，整条街上的人都知道，只瞒着武大一人。
说来也该有事，一个叫郓哥的小孩，卖梨为生，西门庆做成过他不少生意。一天，郓哥闯到王婆那儿去找西门庆，被王婆两个巴掌赶出来。郓哥一怒之下，便去找武大，把王婆撮合西门庆和潘金莲通奸的事，一五一十，全都告诉了武大，并与武大约定，第二天帮他去捉奸。
第二天早上，郓哥故意到王婆的茶馆闹事，引王婆出来，然后，做个暗号，躲在一边的武大便冲进王婆店中，直奔内室捉奸。王婆见武大进店，知道不好，想要去拦，却被郓哥缠住，脱不开身，只好大叫：“武大来了！”潘金莲在屋里听得叫声，来不及走，便死命顶住门。西门庆做贼心虚，情急之下，吓得直往床底下躲。潘金莲见了，不由得生气，骂道：“只道你是个真男子，见了纸老虎也害怕！”一句话提醒了西门庆：这不是叫我打武大吗？于是，从床底下钻出来，打开门往外冲。武大想要抓他，被他飞起一脚，正中心窝，跌倒在地上。周围邻居都知道西门庆厉害，谁敢多管闲事？
武大捉奸不成，反被踢伤，在床上躺了五天，还不见好转。潘金莲和西门庆两人不怕武大，却忌惮武松，怕武松回来后，武大会把事情告诉武松。于是，王婆想了条毒计，让潘金莲毒死武大。
当日，西门庆去自家生药铺取了一包砒霜。到夜里三更时分，潘金莲哄武大将下了砒霜的汤药喝下，然后扯过被子死死蒙住他，一会儿，武大七窍流血，“哎”了两声死了。潘金莲叫来王婆，把武大的血迹揩干净，给他穿上寿衣。次日天明，西门庆叫来做殡殓火化活的何九叔，把武大的尸体托付给他。第三日，武大的尸体就被抬往城外火化了。
再说武松押运银两到东京，交割完毕，便回到阳谷县，在知县处交纳了回书，便急急忙忙去紫石街看望哥哥。
到达武大家，武松掀起门帘，探身进去，却见当堂一个灵台，上书“亡夫武大郎之位”七个字。武松惊呆了，疑心自己眼花，使劲揉了揉眼睛再看，还是这七个字，不由得大叫一声，跌坐在地。这时，潘金莲正在楼上与西门庆寻欢作乐，听得武松回来，西门庆吓得屁滚尿流，直奔后门，从王婆家溜了。潘金莲连忙拔掉首饰，擦去脂粉，换了孝服，假装哭着从楼上下来。
武松问起武大的死因，潘金莲只说武大是害心疼病死的。问起葬在何处，潘金莲推说武大去世时家里只有她一个妇道人家，没人帮忙办丧事找坟地，所以，只好火化了。武松心中疑惑，却找不出破绽，就没有多问。
当晚，武松买了香烛纸钱祭奠武大。祭奠完毕，武松拿了一条草席，在灵堂前睡下。他躺下后翻来覆去睡不着，心想，武大生前从未有过心疼病，怎么自己不在时他就突然患这种病死了呢？正想着，却见灵台下卷起一阵冷风来，吹得灵前灯火忽明忽暗，武松毛发皆竖，定睛看时，朦朦胧胧的一个人影从灵台下钻出来，对着武松哭声喊道：“兄弟，我死得好苦！”武松看不分明，想上去拉他，人倏忽不见。武松睁开眼睛，仍然在灵台前的草席上，四周死一般的寂静，刚才的情景，似真非真，似梦非梦。
第二天一早，武松叫住潘金莲，把武大如何得病、如何用药以及入殓、火化等前后经过又细细盘问一遍，然后出门去了。武松先找到何九叔，把他约到巷口酒店坐下。何九叔是个乖觉的人，知道今天的这杯酒不好喝，弄不好要出人命。所以，他打定主意，一旦问起武大的事，就把真相原原本本说出，免得惹火烧身。武松却不开口，一个劲地喝酒。何九叔益发紧张了，大气都不敢出。末了，武松猛地把酒杯往桌子上一放，从腰间拔出一把寒森森的尖刀，插在桌面上，对何九叔说道：“冤有头，债有主。我只问你，武大究竟是怎么死的？”说完，两眼睁得圆彪彪的，盯着何九叔看。
何九叔见武松开口问话，倒反而松了一口气，从袖里拿出一个布袋，交给武松。武松打开一看，是两块酥黑的人骨和一锭十两的纹银。何九叔见武松困惑，解释道：“事情的原委小人并不十分清楚，只是武大殓尸那天，西门庆忽然邀小人喝酒，并拿出这十两银子，吩附小人：‘殓尸的时候，凡事得过且过，不必声张。'小人由此知道武大的死有些蹊跷。殓尸时小人见武大七窍内有淤血，分明是中毒而死。因西门庆是个出了名的刁徒，小人不敢声张，却也不愿意助他为恶，所以自己咬破舌尖，假装中邪，回家去了。三天后，听说要火化，小人假意去祭奠，偷拣了这两块骨头。骨殖酥黑，是中毒的证据。这张纸上写明日期及送丧人的姓名，可作见证，请都头详察。”武松听了，十分佩服何九叔的机警和正直，又问奸夫何人，何九叔就带他一起去找郓哥。郓哥把当日帮武大去王婆茶馆捉奸的经过详详细细地告诉了武松。武松谢过他们两个，并请他们作为证人，一起去县衙门告状。
知县接了武松的状纸，与县吏们商量。这些县吏与西门庆有勾结，都说证据不足，难以立案。当晚，西门庆得到消息，又到县官处送了银子。第二天早上，武松到衙门催知县缉拿凶手，知县不肯，反过来劝武松不要误信谣言，冤枉好人。武松整日在衙门办公，怎会看不出其中的蹊跷？知道多说无用，收回状纸和证物，转身就走。
走到外面，武松先在街上买些酒菜瓜果，然后，带了几个乡兵，来到武大家中，对潘金莲说：“明日是亡兄断七，前些日子多有打扰街坊邻居之处，我今日特地买了些酒菜，答谢他们。”潘金莲答应了。武松叫乡兵帮忙准备酒席，另外分拨两个人把守前后门，自己出去邀请邻居，不管愿意不愿意，都拉了来坐着，连同隔壁王婆，总共六个人。
人到齐之后，武松客气地请大家喝酒。酒过三巡，武松拿出纸笔，请一位会写字的邻居拿好，然后，卷起袖子，从腰间“嗖”地抽出一把尖刀，怒睁双眼，向众人抱拳行礼，说道：“众位高邻不必害怕。冤有头，债有主，俺武松今日只想请各位做个见证。”说完，左手拿住潘金莲，右手指定王婆，脸色一沉，喝道：“你这个老畜生，我哥哥的性命都在你身上，你今天有何话说？”王婆是个老江湖，哪肯轻易认帐。武松不和她多讲，转过身子，指着潘金莲骂道：“你这个淫妇，你是如何谋害我哥哥的？快给我从实招来！”潘金莲开始还想抵赖，武松揪住她的头发，隔桌子把她挑到武大灵前，说道：“不招也可以，我先把你宰了，再去问那个老畜生。”一边说，一边用刀去抹她的脖子。播金莲吓得魂飞魄散，只好把事情经过一五一十地说了出来。她说一句，武松叫人记一句。王婆见潘金莲都招认了，知道躲不过，也只好招认。武松拿过记下的供词，让她们两人画押，再叫在场的众人也在上面画押作证，然后，叫乡兵把两人绑了，拖过来，跪倒在武大灵前。武松哭喊一声：“哥哥灵魂不远，兄弟武二替你报仇雪恨！”说完，把潘金莲踩翻在地，一把扯开她的衣襟，用尖刀在胸前一剜，然后，用手抠出心肝五脏，供在灵前；又“咔嚓”一刀，割下了那妇人的头。众人都吓得目瞪口呆，一动都不敢动。武松用布把那妇人的头包了，提在手里，朝众人拱了拱手，说道：“请各位到楼上稍坐片刻，我去去就来。”众人不敢不依，都上楼去了。武松又吩咐乡兵把王婆也押到楼上，把住门，不许任何人进出。
武松出门直奔西门庆的生药铺，生药铺的人说西门庆陪朋友去撕子桥下的大酒店喝酒了。武松找到酒店，见底楼没有西门庆，又闯上二楼，只见西门庆与一个朋友在靠窗的位置上坐着，正玩得高兴，旁边还有两个妖艳的歌妓陪着。武松打开布包，取出血淋淋的人头，大喝一声，往西门庆脸上扔去。西门庆大吃一惊，拾起头来，见武松一脸杀气，知道不妙，连忙跳起来，一脚跨上窗台，见下面是街，不敢往下跳，心里正慌。说时迟，那时快，武松拔出尖刀，一个虎跃，已跳上桌子。西门庆见武松来势凶猛，便把手虚指一指，飞起右脚踢出。武松报仇心切，疏于防范，被西门庆一脚踢中手腕，手中的尖刀从窗口飞出，落人街心。西门庆一招得手，不再害怕，右手虚照一照，左手一拳往武松心窝打去。武松略一偏身，让过这一拳，就势探出手去，揪住西门庆的头发。西门庆想要挣扎，怎奈武松力大无比，哪里挣得脱？武松用另一只手捉住西门庆左脚，西门庆失去重心，整个身子都悬空了。只听得武松大喝一声：“下去！”西门庆头在下，脚在上，从二楼窗口飞出，跌落在地，当场昏死过去。
武松从桌边提起潘金莲的头，紧跟着跃出窗外，跳到街上，拾起刚才被踢下来的那把尖刀，按住西门庆，一刀割下了他的脑袋。然后，把两颗头颅结在一起，奔回紫石街，祭奠武大的冤魂。祭奠完毕，武松吩附乡兵押了王婆，并请在场的众街坊作为目击证人，一起去衙门自首。