1964年，滇西南。为修建云贵战略大铁路，二十万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五天禁闭后，临危受命，赶赴先遣营任营长。先遣营所去的金龙江地区临近金三角，民情社情极为复杂，师长告诫部队必须随时准备在修路与剿匪两条战线上同时作战。 秦群在追赶队伍的途中，邂逅了测绘员女兵夏小月。两人一路同行，途中遭遇土匪，秦群果断与匪徒交火。来到先遣营后，夏小月才得知秦群便是新任营长。秦群出于纪律要求让夏小月收起晾晒在外的花裙子，两人为此发生口角。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”。为了修桥，排长池衡北误砍了山寨的“神树”，秦群怒命将其捆了谢罪。一位妖艳而神秘的山寨女子让玉为池衡北解开绳索，另一个叫漂漂的姑娘则给他喂水。池衡北的哥哥池衡南为感谢禾西老爹和漂漂的解围，带弟弟登门致谢。不想这次近距离接触，让池衡北与漂漂萌生了纯真的男女之情。池衡南因妻子与他人有染郁闷大醉，被秦群怒罚站操场直至昏倒，老同志叶正元四两拨千斤开导，池衡南咽下苦酒一杯。 先遣营抢通道路桥梁，大部队顺利进山。秦群主动请命，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。山寨突发瘟疫，陆玲琅全力救活阿甲父亲。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，误入漂漂家“偏门”喝了“双边倒”酒。禾西带人上了狮子峰，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同一汉人（夏小月的父亲）生下女孩漂漂，寨子闹瘟疫时大法师欲烧死“汉人野种”，洛赛将漂漂托付禾西后殉难，禾西背漂漂上了狮子峰一住数年。 隧道缺少支撑木，小战士王二虎死于塌方，令秦群痛心不已。在伐木营地，漂漂与池衡北的情感日渐加深。阿甲跑到狮子峰半夜抢婚未遂，又到部队闹事。与此同时，给养运输车遭袭，粮食被抢。池衡北伐木归来，被哥哥当众打了一耳光。部队给养困难，池衡南奉命进山打猎却错杀阿甲家的大牯牛，兄弟二人背对背写检讨。为给阿甲家赔牛，照当地风俗还需以人代牛耕地一天，池衡南毅然为阿甲家拉犁，最终一头栽倒在田里。夏小月将泥捏的兔儿爷送给秦群，暗生情愫。而让玉（黑蜘蛛）则有意接近工程师雷佐夫以侦察弹药库。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来木头，池衡南硬着头皮去请禾西，被漂漂尽情揶揄戏弄。 禾西惊讶得知夏小月的父亲竟是自己三十年前的“情敌”。叶正元在铁道兵当兵的儿子在塌方中为抢救战友牺牲，他默默瞒下丧子之痛。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。禾西气冲冲到部队“看女婿”。让玉借找雷佐夫侦察弹药库。小裙子得了猩红热，康冬保连夜快马赶赴野战医院寻药，终于救回小裙子，而叶正元终于病倒被送进医院…… 夏小月将照片压在兔儿爷底下，谁料一去竟是永诀。测绘途中，落后的夏小月被却巴劫持。秦群大怒命部队搜山，不料驻地弹药库又被抢。师部震惊，师长怒命将秦群就地撤职，边工作边检查，寻找夏小月下落。渊鬼梁隧道大水如注，秦群强撑着不倒下。夏小月从岩洞逃出却失足坠下深渊，被木嘎救回家。叶正元偶然得知营里出大事，陆玲琅意外发现叶正元儿子所在部队来函，得知其子早在几月前已牺牲，众人震惊。危难中，叶正元从医院归来，战友们自动集合，池衡南和众战士默默向他敬礼。 却巴跟让玉接头，欲将枪支弹药偷运出境。渊鬼梁爆破时，小裙子误入禁区，康冬保为救小裙子壮烈牺牲。夏小月让木嘎到部队报信，不想被却巴发现，惨遭杀害在荒野，夏小月重落土匪之手。跟踪让玉和却巴的禾西被发现，土匪用毒蛇咬伤禾西。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，一碗碗烈酒缓缓洒下，告慰烈士英灵。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。池衡南要漂漂跟他一起走：“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，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。 20年后，走过将近四十年战斗历程的铁道兵向军旗庄严告别。若干年后，秦群身患绝症，要去看一次战友，身边是当年的小裙子的女儿小小裙子。在烈士陵园，秦群见到了池衡南——池在病退后，一直在这里守墓。秦群在战友墓前凭吊，这时，火车笛声响起，《铁道兵之歌》又回荡在高原的上空……