时间：1964年。
地点：滇西南靠近边境的金龙江地区。
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，民情社情复杂。师长告诫随时准备在两条战线上同时作战。
秦群追赶队伍途中邂逅测绘员女兵夏小月一路同行，途中遇匪，秦群与匪徒交火。来到先遣营，夏小月方知秦群乃先遣营营长。秦群让夏小月收起晒在外面的花裙子，夏小月与秦群发生口角。先遣营的战士水土不服，多人闹病。营里女军医陆玲琅提前归队，并带来烈士遗孤“小裙子”。为修桥，排长池衡北错砍山寨“神树”。秦群怒命将池衡北捆了谢罪。一位山寨女子让玉给池衡北解开绳索。另一个叫漂漂的姑娘给池衡北喝水。池衡北的哥哥池衡南，为感谢禾西老爹和其女漂漂的解围，弟兄二人去禾西家以示感谢。不想这次近距离接触，使池衡北与漂漂萌生男女之情。
池衡南因妻子同第三者有染，郁闷大醉。秦群怒罚其站操场。池衡南昏倒操场。叶正元四两拨千斤，池衡南咽下苦酒一杯。
先遣营抢通道路桥梁，大部队进山。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。山寨突发瘟疫。陆玲琅救活阿甲父亲。为解决坑道支撑圆木，营里派池衡北带人进山伐木，请禾西老爹当向导，误入漂漂家‘偏门’，和漂漂喝了“双边倒”酒。禾西带池衡北他们上狮子峰。密林深处有禾西当年亲手所盖之小木屋。他年轻时，山寨里最美丽的女人洛赛同一汉人(夏小月的父亲)生了个女孩，寨子里闹瘟疫，大法师说汉人野种是魔鬼，要烧死！洛赛将漂漂托付禾西，自己殉难。禾西背漂漂上了狮子峰，搭小木屋一住数年。
隧道缺少支撑木，小战士王二虎死于蹋方。此事故令秦群痛心不已。在伐木营地，漂漂同池衡北的情感逐日加深。阿甲跑到狮子峰夜半抢婚，后又到部队闹事。给先遣营运输给养的车又遭袭，粮食被抢。池衡北伐木归来，被哥哥池衡南当众打了一耳光。部队给养困难。为解饥荒，池衡南奉命进山打猎却错杀阿甲家的大牯牛。池家兄弟背对背写检讨。为给阿甲家赔牛，大家想尽办法。照当地风俗，赔牛外还得以人代牛耕地一天。池衡南为阿甲家拉犁。漂漂斥责阿甲，池衡南一头栽倒在田里。夏小月将泥捏的一只兔儿爷送给秦群。妖艳而神秘的让玉(黑蜘蛛)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5天之内将木头运来。无奈中，池衡南硬着头皮去请禾西，被漂漂尽情揶揄戏弄。
禾西惊讶地得知夏小月的父亲就是他30年前的“情敌”。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。漂漂怀孕。营党委决定撤销池衡北排长职务，池衡北山头吼唱革命歌曲，战士们呼应。禾西气冲冲到部队来“看女婿”。让玉借找雷佐夫侦察部队的弹药库。小裙子得了猩红热，为找医药，康冬保连夜快马赶赴野战医院，小裙子终于得救。叶正元终于病倒被战士们送进了医院……
夏小月将自己照片压在那只兔儿爷底下。谁料一去竟是永诀！测绘途中，落在后面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，寻找夏小月的下落。渊鬼梁隧道大水如注。秦群强撑着不倒下。
夏小月从岩洞中逃出，却在奔逃中失足坠下深渊。木嘎发现夏小月，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，得知叶正元儿子早在几月前已牺牲，众人震惊！危难中，叶正元从医院回来。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，欲把枪支弹药偷运出境。
渊鬼梁爆破时，小裙子误入禁区，康冬保为救小裙子牺牲。
夏小月被木嘎救治，夏小月让木嘎到部队报信，不想被却巴发现，杀害在荒野。夏小月又重落土匪之手。
跟踪让玉和却巴的禾西被让玉发现，土匪用毒蛇咬伤禾西。后禾西被救。陆玲琅为吸蛇毒自己中毒，溘然长逝……
隧道发生大蹋方事故，池衡北等一个排的战士在大塌方中牺牲。夏小月得知土匪阴谋炸桥时，她点燃炸药，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40年战斗历程的铁道兵向军旗庄严告别……若干年后，秦群得了绝症，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，池在他病退后，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。
