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1948年，我东北野战军发动了震惊中外的辽沈战役。我军某纵队铁山英雄团团长周国华命红四连连长乔震山集合队伍接受新任务—向北平挺进，战北平！北平城内，国民党军统驻北平负责人王经堂亲率特务们四处抓捕进步人士。军长李昌毅巡视着部队。开进途中遭遇游击队伏击，李昌毅的养女军医柳繁瑜正在抢救伤员。担负督战的王经堂与李昌毅会合，共同研究战事。周国华下决心阻击守备一军，一场惨烈的阻击战拉开大幕。
敌我双方展开拉锯战。侦察兵温明顺将敌炮兵阵地图送达我军跑营营长王德手中，王德速命炮手校对目标向敌炮群轰击。在炮兵火力掩护下，周国华再次率队向敌军发起冲锋。阵地上展开肉搏战。深夜，周国华终于收复失地返回指挥所。纵队首长命他率部领受新任务。潜入敌阵中的乔震山与敌搜索部队相遇展开战斗。李昌毅遭遇周国华顽强阻击后久战不下，命令部队向北平急撤。
正当王经堂手下在侮辱百姓妇女时，柳繁瑜出现喝止敌兵，双方发生争斗。乔震山深入敌后，发现了敌军指挥部，立刻发动进攻。他们攻入敌司令部，乔震山活捉了李昌毅。同时，一支枪口也抵住他。二人惊愕之下彼此认出原来李昌毅的警卫营长竟是乔震山的孪生弟弟二宝。二宝趁机保护李昌毅逃脱。王经堂命手下火烧山村以滞留我军追击。乔震山等人只得冲入火海抢救百姓未及撤离的柳繁瑜成了乔震山的俘虏。
危急时刻，指导员郝平率人赶到救了乔震山。纵队首长追究乔震山炮轰烽火台的责任。周国华主动承担责任。乔震山闻知柳繁瑜是李昌毅的养女，将她绑起。周国华亲往道歉，并承诺柳繁瑜随时可返回北平与家人团聚。周国华教育乔震山要珍惜祖先留下的文化遗产。乔震山被押解到纵队司令部接受军法处置，纵队首长命令他与自己摆开象棋博弈，胜则免他一死，败则被执行战场纪律。
二宝成功解救出柳繁瑜。我军整装向北平外围开进。奉上级命令，周国华率全团官兵与敌军在城郊展开激战，肃清敌外围工事。炮兵营长王德在炮被炸毁的情况下，奋然手握炮弹与敌同归于尽。乔震山率战士攻入圆明园，包围了敌人。为保护古迹，他孤身进入园内喊话瓦解敌人。在敌军高级将领会议上，各路高官正商议如何阻击我军进攻北平。柳繁瑜终于回到家中与李昌毅夫妇团聚。深夜，我军突然向城外敌军发起攻击。
北平城内，发电厂工人护厂队正严阵以待保护电厂。敌军开进电厂准备施以破坏。乔震山带领全连战士配合兄弟部队向占领电厂的敌军展开攻势。经过战斗，周国华率部队攻占了发电厂。纵队首长交给周国华一项特殊任务，派他潜入北平，通过燕京大学于教授说服李昌毅放弃抵抗，和平起义。周国华意外邂逅了当年同学、恋人新平报社记者昆桑。王经堂副官鲁青在盘查周国华、昆桑时被周机智挟持。
周国华教育一番鲁青后将他放回城中，鲁青回到王经堂身边，引起了王极大的怀疑。柳繁瑜约昆桑会面，请她刊登有关王经堂率军统烧毁城外百姓村庄的野蛮行径，昆桑劝她三思。文章发表后，李昌毅严肃批评柳繁瑜头脑简单招惹是非，柳繁瑜据理力争遭李昌毅禁闭。王经堂发现我地下组织秘密印刷厂，他欲擒故纵，准备放长线钩出幕后大鱼。周国华利用战斗间隙，向战士们介绍北平的名胜古迹和保护古城的重要意义。
为解北平之困，蒋介石命空军经常向北平城内空投军需物品。一件空投物落入百姓院中引起众人恐慌。孙副官找到装甲营田营长，试探其对共产党的态度。乔震山奉命进城侦察敌情取回地图，他们设计巧妙骗过城门敌军的盘查混入城中。王经堂来找李昌毅，告知他孙副官就是混入军中的地下党，李昌毅泰然处之。孙副官向李昌毅报告田营长预谋投共的想法，并设计让军统将其抓获。孙副官荣升敌铁甲车总队队长。
乔震山等人完成任务出城时遭守城敌军拦截，双方发生战斗。几个人押着俘虏退入巷中，潜入李昌毅守城部队营中。王经堂恼羞成怒枪毙了欲投诚我军的王营长。为进一步了解情况，周国华赶赴燕京大学与昆桑取得联系。但王营长没死，王经堂设计放王营长回军营探查潜伏李昌毅身边的共产党。昆桑约李昌毅会面，帮助周国华了解我地下党遭破获和乔震山等人下落情况。李昌毅派二宝负责探查乔震山等人的踪迹。
在柳繁瑜的协助下，乔震山等人在撤离城中时突遇二宝正带人搜捕我侦察员。经柳繁瑜劝说，二宝最终念及骨肉之情放了乔震山。被乔震山押解的敌连长脱身后找到孙副官告密。孙将情报转交鲁青，借军统之手抓捕抓捕乔震山等人。二宝为放掉我军侦察员忐忑不安。乔震山凭借柳繁瑜提供的证件安然出城。一对孪生兄弟将王经堂及手下陷入迷雾之中。乔震山胜利完成任务平安回到部队向周国华汇报。
