为修建云贵战略大铁路，20万铁道兵向西南边疆大进军……铁道兵A师铁锤团参谋长秦群在坐了5天禁闭之后。被师长放出，临危受命，赶赴他的老部队先遣营去当营长。先遣营所去的金龙江地区临近金三角，民情社情最复杂。师长告诫秦群随时准备在两条战线上同时作战。追赶队伍途中，秦群邂逅了测绘员女兵夏小月，一路同行。途中，夜宿荒野，一股匪徒狭路相逢。秦群孤军作战，形势危急……

秦群与匪徒一场激战，令夏小月对他刮目相看。二人徒步来到金龙江渡口，遇见摆渡女漂漂和寨子里的一个叫让玉的女人，夏小月觉得让玉似曾相识……秦群和夏小月来到先遣营，教导员叶正元和战士们分外高兴，夏小月才知秦群竟是先遣营营长。先遣营召开战前会议，布置铺路架桥任务，早日迎接大部队进山。夏小月把一件洗过的花裙子晒在绳子上，吸引了一群战士的眼球。秦群令夏小月收起花裙子，并批评了她，她很不理解，气得大哭。

为了架桥铺路，一连一排长池衡北带战士到寨子外砍树，不想闯了一场大祸。原来他砍了寨子里的神树。山民到部队问罪，秦群一怒之下，命池衡南把池衡北捆了去谢罪。寨子里德高望重的禾西老爹挺身而出做乡亲们的工作。池衡南和池衡北是一对亲兄弟，从小失去父母。弟兄俩一起参军当了铁道兵。池衡北身上的伤痕把乡亲们惊呆了。让玉上前解开池衡北身上的绳索，漂漂将清水捧来，池衡北含泪一饮而尽。宣传干事出身的副指导员谷见秋用相机拍下这一幕。后来由他把神树风波事件写成报导，登载在《铁道兵》报上，引起连队的轰动。

漂漂与池衡北之间，产生了感情，漂漂给池衡北送手套，池衡北也帮漂漂挑水等，这些引起了营长秦群的注意，令一连长池衡南注意这一动向，于是两兄弟之间的冲突开始了。夏小月与秦群结伴来到部队，一路上他给她留下了很好的印象，但到部队后，她觉得秦群对她冷漠起来，令她很不理解。一次，由于夏小月与雷工在野外勘测时发生水中毒，秦群向雷工发火，夏小月认为秦群是借题发挥。部队新到驻地，水土不服，探家的营里女军医陆玲琅带着烈士的遗孤小裙子，在这个节骨眼上赶回部队，解决了部队水土不服的问题。池衡南因妻子同第三者有染来信提出离婚，令池衡南无比愤怒。

池衡南郁闷大醉未出早工。秦群怒将他从床上揪起，罚站在操场上。在烈日下，池衡南昏倒在地，夏小月觉得秦群铁面少人性。叶正元去找池衡南谈话，要他振作精神。先遣营修通了道路桥梁，大部队进山。师部作战会议上，秦群请命，争到打通渊鬼梁隧道及金龙江大桥这一全线最艰巨工程。

渊鬼梁隧道工程是块难啃的硬骨头，战士们纷纷写决心书。夏小月在测绘中意外地发现坠崖的少年八崽。陆玲琅和夏小月精心的救治和看护八崽。八崽醒后欲偷枪，被小裙子发现未遂，后悄然离去。渊鬼梁上凿开立足之地几经艰难，秦群和池衡南身先士卒下绝壁。战士们挥汗打炮眼，但放了一通炮，只炸开屁股大的眼。池衡北巧想办法，发明了掏心炮。

夏小月从对秦群的误解到进一步理解，萌发了对他的爱。秦群也暗恋着这个姑娘。与此同时，一连指导员谷见秋也给夏小月送上了酸溜溜的诗。为了上山伐木找响导，在漂漂家池衡北误入漂漂家‘偏门’，照寨子里规矩，进了这门就得做上门女婿，要喝‘双边倒’酒。一个爱着漂漂的小伙子阿甲愤然欲同池衡北斗，被劝阻。到最后池衡北和漂漂还是喝了双边倒酒。秦群对池衡北的行为很火。第二天令谷见秋一起和池衡北上山伐木。

禾西带池衡北他们上狮子峰建伐木营地。阿甲趁漂漂一人在家，醉入，被漂漂推出。狮子峰密林深处中有座风雨剥蚀的小木屋。禾西说这屋乃他亲手所盖。他讲述了一个凄清哀惋的故事：他年轻时，山寨里最美丽的女人叫洛赛。洛赛却同一个汉人生了个女孩，那年，寨子里闹瘟疫，大法师说洛赛和那汉人所生的孩子是魔鬼：“烧死她！”。洛赛奔逃中，将婴儿托付于禾西，自己殉难。禾西背着婴儿上了狮子峰，密林中盖木屋一住几年……正说着，漂漂上山来了，发现木屋也很惊讶！漂漂决定住在山上给这帮男子汉做饭。谷见秋劝她下山，漂漂不从。给先遣营运输给养的车在离渊鬼梁不远的峡谷里遭一帮不明来头的匪徒袭击，粮食被抢。秦群急忙带人赶去现场，只看到两台被劫车辆，匪徒已消失得杳无踪迹……敌人的嚣张，引起叶正元和秦群的警觉。

为了防止敌人的破坏，营部提出一手拿枪，一手拿镐的口号，并开展练兵活动。因隧道缺少支撑木，隧道踢方，王二虎牺牲。此事故让秦群很内疚。狮子峰伐木营地。漂漂成了战士们的女神。她与池衡北诉说身世，同池衡北的情感逐日加深。谷见秋给池衡北敲警钟。夏小月也越来越溶入到这个战斗集体之中，她对秦群的感情也渐渐加深。池衡南为更进一步搓和秦群和夏小月的关系，让通讯员柱子采野花放到秦群帐内，说是夏小月送的，秦群约会夏小月。

秦群约夏小月谈心，不想是别人搞的恶作剧。叶正元不断接到也是铁道兵的儿子来信，使他内心欣喜。伐木中池衡北身先士卒，并为掩护谷见秋被倒树砸伤手臂。漂漂为其采草药治伤，这又增加了池衡北和漂漂之间的接触机会。

阿甲跑到狮子峰纠缠漂漂，又夜半抢婚，使得谷见秋不得不让漂漂赶紧下山。漂漂生气下山，池衡北去追赶漂漂途中，一对有情人野合。阿甲赶到部队闹事。秦群大怒！池衡北伐木归来。池衡南当众打了池衡北一只耳光。池衡北将请调报告递给秦群，要求调离一连。秦群不允并让他写检讨。”叶正元和池衡南谈话。池衡南坚持把池衡北留在一连。土匪截了部队的运粮车，部队给养一时困难。为解饥荒，池衡南奉命进山打猎。偏又射杀了阿甲家的大牯牛。池家兄弟背对背写检讨。

为给阿甲家赔牛，叶正元带头拿出自己的积蓄，夏小月、陆玲琅、雷工等都为此凑钱。照当地风俗，除赔牛，还得以人代牛耕地一天。池衡南去为阿甲家当牛拉犁。漂漂斥责阿甲，池衡南一头栽倒在田里。秦群告诉池衡南说这是他和叶正元的“苦肉计”！部队艰苦的施工生活单调，叶正元让谷见秋把营里文娱活动搞起来。谷见秋和夏小月的接触使秦群情绪焦躁。夏小月想请漂漂来驻地演出，秦群说：“乱弹琴！”。夏小月将自己用泥捏的一只兔儿爷摆在秦群桌上，叶正元看出夏小月心事。妖艳而神秘的让玉同雷佐夫关系迅速发展。让玉的学识把雷佐夫都镇住了。池家兄弟的疙瘩远远解不开。漂漂到连队找池衡北，被池衡南挡了驾，漂漂气哭。

池衡北惆怅中欲去找漂漂，被池衡南挡住，满腹郁闷的两兄弟在泥窝里大打出手，秦群出现在他们面前。狮子峰砍伐的木头不好运下山来。秦群命池衡南5天之内将木头运下来！无奈之中，池衡南不得不硬着头皮去请禾西，被漂漂尽情揶揄戏弄，她不给池衡南送过江，最后提出条件，让池衡南把一只绣花荷包交给池衡北。池衡南答应，这才送他过江。禾西在运送木排时翻排，秦群让夏小月去看望受伤的禾西，在谈到夏小月的身世时引出禾西一段对往事的回忆。

叶正元在铁道兵当兵的儿子塌方中为抢救战友牺牲，叶正元默默地瞒着大家……夏小月机灵地想出鬼点子，让秦群陪她在湖畔游了一次泳。让玉又到营房找雷工。漂漂到营房找池衡北，她把怀孕的事告诉了池衡北。党小组会帮助池衡北，不想他不接受批评。营部宣布撤消池衡北代理排长的职务。池衡北雨中唱歌，发泄情绪。为此秦群极为气愤，叶正元提议召开党员扩大会，听取大家对此事的意见。

党小组扩大会上，雷佐夫和夏小月为池衡北说话，大多数人也发表了同情池衡北与漂漂的意见。禾西气冲冲到部队来“看女婿”。夏小月主动向秦群展开爱情攻势，将自己的日记拿给秦群，并将自己的照片夹在笔记本里。秦群看夏小月的日记，里面记载着她同秦群邂逅相逢以来的诸多感受，日记中掉下夏小月微笑着的照片，秦群怦然心动。秦群从日记中真正了解了夏小月。夏小月也在与陆玲琅的谈心中表露了她的心。池衡北一直思念着漂漂。让玉找雷佐夫，侦察部队的弹药库。一批新战士到部队。叶正元关心远离家乡父母的新兵。迎新会上。新兵尕娃子语惊四座！尕娃子在连队炊事员那里受了委屈压床板，叶正元把饭端到尕娃子床头。小裙子被抓伤，得了猩红热，为找医药，康冬保连夜快马赶赴野战医院找药。

小裙子终于得救。谷见秋准备给报社写一篇有关叶正元和儿子父子两代铁道兵奋战云贵铁路的报道，不想勾起叶正元的伤心事。叶正元心痛欲裂，终于昏倒在地。池衡南和战士们用担架抬着他去医院。施工工作服运到驻地。一只只席包拆开。战士们从一件抗美援朝时的旧棉衣里发现铁道兵前辈的遗书，顿时肃穆。他们举行了小小仪式，采集来的野花洒落在坑里。战士们向隆起的小土堆敬礼。夏小月将两条辫子剪成短发。她偷偷将自己照片压在秦群办公桌上那只兔儿爷底下，然后跟雷佐夫出发执行测绘任务，出发前她与秦群挥手告别，谁料此一去竟是永诀！

测绘途中，落在后面的夏小月被却巴劫持。雷佐夫和战友遍山寻找不见。秦群大怒，命部队搜山，仍不见夏小月的下落。正值秦群忙于搜山和排除隧道险情之际，驻地弹药库被抢，哨兵被杀，秦群大惊！得到接连出事的消息，大怒。挥泪斩马谡，师长命令将秦群就地撤职，边工作、边检查。秦群把自己的被子搬到了隧道里。陆玲琅为叶正元晒被子时发现了叶正元的儿子已牺牲的公函，令陆玲琅和秦群大惊。营里发生的事一直瞒着住院的叶正元。秦群派通信员柱子看望叶正元。叶正元问营里情况，柱子报喜不报忧。同在医院住院的友邻部队的熟人无意间向叶正元透露了真情。

这时，柱子不得不向叶正元说出实情。叶正元给医生留下一张字条，赶回部队。在先遣营危难之际，叶正元突然出现在驻地，秦群抱住叶正元的腿泣不成声。叶正元惊呆了——所有的战友们默默地在他面前自动组成一堵墙，池衡南等带头默默向叶正元敬礼。这场面像是一次悲壮的大决战前的总动员。叶正元和秦群分析形势，寻找夏小月的下落。此时的夏小月在八崽的帮助下从深山岩洞中逃出，踉跄奔逃中失足从深渊上坠下。木嘎无意中发现坠崖的夏小月…夏小月在木嘎家苏醒过来。这时却巴来找木嘎，告诉他，他阿爸在那边混得不错，当上小头目云云。却巴走后，夏小月责问木嘎：居然跟这帮畜生混在一起！木嘎说明真相，夏小月让木嘎到营部去报告情况。木嘎在去营部的路上，被却巴杀害。

边防部队通知秦群，木嘎和其母被杀，并在木嘎家发现夏小月的军衣。战士知道这个情况后，纷纷要求再度上山搜寻夏小月。秦群鉴于施工紧张，批评战士不要自作主张，但他时时在怀念着夏小月。施工缺少炸药，雷工试制出事故。好在人无大碍。康冬保搞爆破，小裙子玩耍进入禁区，康冬保为救小裙子牺牲。禾西老爹跟踪却巴和让玉被让玉、却巴发现，他们残忍的用毒蛇咬伤了禾西。

正在寻找夏小月的小分队救了禾西，陆玲琅为了吸出蛇毒，自己中毒。陆玲琅弥留之际，想看看工地。她在野花满地的原野上平静地溘然长逝……让玉从禾西那里知道她和夏小月是同父异母的一对亲姐妹，想打动夏小月和她一起去国外，但夏小月不为所动。根据通报，一股残匪欲通过金龙江地区向边境逃窜，先遗营奉命阻击。阻击成功，先遗营追回了被盗的军火，但另一路匪徒携夏小月却逃脱。团部来了命令：池衡北作复员处理。池衡南对此很想不通。他正在与营长、教导员理论时，池衡北来了，他表示服从处理决定，但要求在打通渊鬼梁隧道再后走，营部同意了他的请求。

隧道内施工紧张进行。池衡南昏倒在工地上。他躺在卫生所梦幻雪崩。他进入隧道，发现蹋方。本已下工的衡北，为了救战友，也被掩埋。池衡南发现被巨石压着的弟弟，大喊：“衡北！衡北！你给我挺住啊！”池衡北喃喃：“哥，漂漂……”说罢，溘然而逝……秦群带人冲进隧道，见此情景，简直发疯了，率众不管不顾一切的地往里冲。结果大蹋方，又造成了大的伤亡。雷工为没能够及时赶到，对所造成的伤亡痛心疾首。让玉、却巴一伙，狗急跳墙，欲炸毁金龙江大桥后逃亡国外。夏小月为保护大桥，点燃了炸药，与敌人同归于尽。工程完工，池衡北的遗腹子出世。叶正元与秦群商量建烈士陵园的计划。叶正元到枫林怀念牺牲的儿子。池衡南到弟弟坟前，见漂漂抱着孩子在坟地。池衡南把长命锁献到弟弟坟前。

池衡南要带漂漂一起离开高原。铁路即将通车！师长赶来驻地。叶正元主张将通车仪式选在烈士墓地，以告慰烈士英灵。欢腾的火把节之夜，叶正元忽觉天旋地转，他实践了他的诺言：路通人走。一个隆重的移坟仪式。举着象征墓碑的铁锨，一队不见首尾的队伍向天边走去。临离开高原，秦群和小裙子望着群山思念夏小月……20年后，A师长秦群和战友们等待一个特殊时间来临，走过40年战斗历程后，铁道兵将永远成为历史，A师全体官兵向军旗告别……若干年后，秦群重走云贵路。身边是当年的小裙子的女儿。在烈士陵园，秦群遇见了池衡南，池因放心不下这些弟兄，病退后来这里守墓。秦群一一凭吊了战友，并说身后也要安葬在这里。这时，传来了火车的鸣叫声。《铁道兵之歌》的歌声又响彻在高原的上空。