1964年，滇西南边陲金龙江地区。为修筑云贵战略大铁路，二十万铁道兵浩浩荡荡向西南边疆挺进。铁道兵A师铁锤团参谋长秦群在经历五天禁闭后，临危受命，出任先遣营营长。金龙江毗邻金三角，民情社情错综复杂，师长郑重告诫：随时准备在筑路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，二人结伴同行，途遇匪徒，秦群果断交火掩护。抵达先遣营后，夏小月才知晓秦群便是新任营长。秦群下令让夏小月收起晾晒的花裙子，两人由此发生口角。先遣营战士水土不服，纷纷病倒。女军医陆玲琅提前归队，带回烈士遗孤“小裙子”。为修筑桥梁，排长池衡北误砍山寨“神树”，秦群怒令将其捆绑谢罪。山寨女子让玉代为解绳，姑娘漂漂递上清水。池衡北之兄池衡南为表感谢，携弟登门拜访，未曾想池衡北与漂漂竟在此次近距离接触中暗生情愫。 池衡南因妻子与第三者有染而郁闷大醉，被秦群怒罚站操场直至昏倒。叶正元四两拨千斤，劝其咽下这杯苦酒。先遣营抢通道路桥梁，大部队顺利进山。秦群主动请缨，拿下全线最艰巨的渊鬼梁隧道及金龙江大桥工程。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，池衡北奉命带人进山伐木，请禾西老爹向导，误入漂漂家“偏门”饮下“双边倒”酒。禾西带领众人登上狮子峰，密林深处藏着他当年亲手搭建的小木屋。年轻时，山寨最美的女人洛赛与一名汉人（夏小月之父）生下女孩，寨子再闹瘟疫时，大法师诬陷汉人骨肉为魔鬼欲行火刑。洛赛将漂漂托付禾西后殉难，禾西背着漂漂隐居狮子峰小木屋数年。 隧道支撑木短缺，小战士王二虎不幸死于塌方，秦群痛心疾首。伐木营地中，漂漂与池衡北的感情日益深厚。阿甲夜闯狮子峰抢婚未果，又赴部队闹事。运输给养车队遭袭，粮食被抢。池衡北伐木归来，当众被哥哥池衡南打了一耳光。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，终体力不支倒在田里。夏小月将泥捏兔儿爷送给秦群。妖艳神秘的让玉（黑蜘蛛）刻意接近工程师雷佐夫。漂漂赴连队找池衡北遭池衡南阻挡。秦群限令池衡南五日内运回木材，池衡南无奈求助禾西，遭漂漂尽情揶揄戏弄。 禾西震惊得知夏小月之父竟是三十年前的“情敌”。叶正元之子在塌方中为救战友牺牲，他默默隐瞒丧子之痛。漂漂怀孕，营党委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”。让玉借找雷佐夫之名侦察弹药库。小裙子染上猩红热，康冬保连夜快马驰援野战医院寻药，终使其得救。叶正元积劳成疾病倒，被战士送入医院…… 夏小月将照片压在兔儿爷下，孰料一去竟成永诀！测绘途中，落后的夏小月被却巴劫持。秦群震怒下令搜山，驻地弹药库却遭洗劫。师部震惊，师长怒将秦群就地撤职，命其边工作边检查并寻夏小月下落。渊鬼梁隧道大水如注，秦群强撑不倒。 夏小月逃出岩洞，奔逃中失足坠崖，被木嘎救回家。叶正元偶然得知营中变故。陆玲琅意外发现叶正元之子数月前已牺牲的来函，众人震惊。危难之际，叶正元带病归队，池衡南与众战士默默敬礼。 却巴与让玉接头，企图偷运枪支出境。渊鬼梁爆破时，小裙子误入禁区，康冬保为救其英勇牺牲。夏小月托木嘎报信，却被却巴发现惨遭杀害，夏小月重落魔掌。跟踪敌特的禾西暴露，被毒蛇咬伤获救，陆玲琅为吸蛇毒不幸长逝…… 隧道发生特大塌方，池衡北等一个排的战士壮烈牺牲。夏小月探知土匪炸桥阴谋，毅然点燃炸药与敌同归于尽。 云贵高原，又逢春日。云贵大铁路即将通车，通车仪式庄重选在烈士墓地。一碗碗烈酒缓缓洒下，告慰烈士英灵。婴儿啼哭划破长空，漂漂解怀哺乳。池衡南将心形绣花荷包挂在弟弟坟头，漂漂见荷包伏坟恸哭。池衡南对其誓言：“这辈子生生死死都跟你守在一起！”欢腾的火把节之夜，叶正元天旋地转地倒下，践行了“路通人走”的诺言。军号悲壮，全营开拔，战友们向青山致礼…… 20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，重返烈士陵园探望战友，见到了病退后一直在此守墓的池衡南。秦群在战友墓前肃立凭吊，此时，悠长的火车汽笛声响起，《铁道兵之歌》再次回荡在高原上空……