1964年，滇西南靠近边境的金龙江地区。为修建云贵战略大铁路，二十万铁道兵向西南边疆拉开大进军序幕。铁道兵A师铁锤团参谋长秦群在坐了五天禁闭后，临危受命，赶赴先遣营出任营长。先遣营所奔赴的金龙江地区临近金三角，民情社情错综复杂，师长郑重告诫，必须随时准备在施工与剿匪两条战线上同时作战。 秦群在追赶队伍途中，邂逅测绘员女兵夏小月并一路同行。突遇匪徒袭扰，秦群果断交火掩护。抵达先遣营后，夏小月方知秦群竟是新任营长。秦群因让夏小月收起晾晒的花裙子与其发生口角，两人不打不相识。此时，先遣营战士因水土不服多人闹病，女军医陆玲琅提前归队，并带来了烈士遗孤“小裙子”。为修桥梁，排长池衡北误砍山寨“神树”，秦群怒命将其捆绑谢罪。山寨女子让玉出面为其解开绳索，姑娘漂漂也递上清水。池衡北的哥哥池衡南为感谢禾西老爹与漂漂的解围，带弟弟登门致谢。未曾想这次近距离接触，让池衡北与漂漂暗生情愫。 池衡南因妻子与他人有染而郁闷大醉，被秦群怒罚站操场直至昏倒。指导员叶正元四两拨千斤化解其心结，池衡南咽下苦酒。先遣营抢通道路桥梁，保障大部队进山。秦群主动请缨，争到了打通渊鬼梁隧道及金龙江大桥这一全线最艰巨的工程。适逢山寨突发瘟疫，陆玲琅妙手回春救活阿甲父亲。为解决坑道支撑圆木，池衡北带人进山伐木，请禾西老爹当向导。期间误入漂漂家“偏门”喝了“双边倒”酒。禾西带众人上狮子峰，在密林深处的小木屋里，揭开了一段尘封往事：当年山寨最美的女人洛赛与一汉人（夏小月的父亲）生下女孩，大法师欲以驱邪为名烧死这“汉人野种”。洛赛将漂漂托付禾西后殉难，禾西便背着漂漂上了狮子峰隐居数年。 隧道缺乏支撑木，小战士王二虎不幸死于塌方，令秦群痛心疾首。在伐木营地，漂漂与池衡北感情日笃。阿甲夜半跑到狮子峰抢婚，后又到部队闹事。运输给养的车遭袭，粮食被抢。池衡北伐木归来，被哥哥当众打了一耳光。部队给养断绝，池衡南奉命进山打猎却误杀阿甲家的大牯牛，兄弟二人背对背写检讨。为赔牛，池衡南按当地风俗以人代牛拉犁一天，最终一头栽倒在田里。夏小月将泥捏的兔儿爷送给秦群，情愫暗生；而妖艳神秘的黑蜘蛛“让玉”则有意接近工程师雷佐夫。漂漂到连队找池衡北被池衡南挡驾，秦群命池衡南五天内运回木头，池衡南硬着头皮去求禾西，遭漂漂尽情揶揄。 禾西惊讶发现夏小月的父亲竟是三十年前的“情敌”。叶正元在铁道兵当兵的儿子于塌方中为救战友牺牲，他默默隐瞒了噩耗。漂漂怀孕，营党委决定撤销池衡北排长职务，池衡北在山头吼唱革命歌曲，战士们齐声呼应。禾西气冲冲来部队“看女婿”。让玉借找雷佐夫侦察弹药库。小裙子染上猩红热，康冬保连夜快马抢救，终使其脱险。叶正元积劳成疾病倒入院。夏小月将照片压在兔儿爷底下一去竟成永诀——测绘途中她被却巴劫持。秦群大怒搜山，驻地弹药库却被趁乱抢走。师部震惊，师长怒将秦群就地撤职，边工作边检查并寻找夏小月。渊鬼梁隧道大水如注，秦群强撑着不倒。 夏小月从岩洞逃出却失足坠崖，被木嘎救回家。叶正元偶然得知营里出事，陆玲琅意外发现叶正元儿子所在部队来函，众人方知其子早已牺牲，震惊不已！危难中，叶正元从医院归来，池衡南和众战士默默向他敬礼。 却巴与让玉接头，欲将枪支弹药偷运出境。渊鬼梁爆破时，小裙子误入禁区，康冬保为救她壮烈牺牲。夏小月托木嘎去部队报信，却被却巴发现杀害于荒野，夏小月重落魔掌。跟踪敌特的禾西被让玉发现，遭毒蛇咬伤，陆玲琅为吸蛇毒自己中毒，溘然长逝。隧道发生大塌方，池衡北等一个排的战士全部牺牲。夏小月得知土匪阴谋炸桥时，毅然点燃炸药，与敌同归于尽。 云贵高原，又是一个春天。云贵大铁路即将通车，通车仪式选在烈士墓地。一碗碗烈酒洒下告慰英灵，一声婴儿啼哭，漂漂解怀。池衡南将心形绣花荷包挂在弟弟坟头，漂漂见荷包伏坟大恸。池衡南誓言：“这辈子生生死死都跟你守在一起！”火把节之夜，叶正元天旋地转地倒下，实践了“路通人走”的诺言。军号悲壮，全营开拔，战友们向青山致礼。 二十年后，走过近四十年战斗历程的铁道兵向军旗庄严告别。若干年后，身患绝症的秦群在当年“小裙子”的女儿“小小裙子”陪伴下，重返烈士陵园看望战友。在这里，他见到了病退后一直守墓的池衡南。秦群在战友墓前静静凭吊，此时，嘹亮的火车汽笛声响起，《铁道兵之歌》再次回荡在高原的上空……