1949年，甘肃天水城外，两军对垒，杀声震天。英雄营长耿震山亲率一连战士经过惨烈的厮杀战，突出重围，奋力阻击敌人军用列车的通过。面对呼啸而来的庞然大物，战士们束手无策，情急之下，耿震山不得以下令炸毁隧道。铁路畅通是解放兰州的必须条件，耿震山炸毁隧道，犯下重罪，险些被枪毙。团长陈坤命令耿震山限期修通隧道，戴罪立功。

耿震山带着刘金贵亲自到心丹家道歉，心丹并不接受。耿震山走后，马继良等人突然闯进，软硬兼施逼迫心丹交出柳儿弯大桥的图纸，心丹和玉娘不知所措。柳儿弯隧道终于修通，耿震山和战士们兴奋欢呼，马继良却在暗地恨得咬牙切齿。两个匪徒突然持刀闯进心丹家，玉娘自己却被匪徒刺中。众人将玉娘送到部队医院抢救，终于脱险。深受感动的姬心丹终于答应耿震山共同参加新中国的铁路建设。

五六和守梁吃不了工地上的苦，再次求耿震山收他们当兵，还拿姬心丹的金表讨好耿震山，结果让耿震山识破，命令他们把表立刻还给心丹。五六和守梁一肚子不乐意跑到铁路上发泄，意外发现了敌人埋下的定时炸弹，五六急忙让守梁去报告耿震山，自己去拦住过往的火车。耿震山带领战士们继续在工地上施工，突然接到朝鲜战争打响的消息。为了争取参战，耿震山命令加快工程进度。爆破的隧道塌方，两名战士牺牲了，耿震山被停职反省。

耿震山接到命令让他继续留在铁路上参加西北铁路建设，只准许派一个侦察排参战。耿震山把这个机会留给了丁军，临走时将自己的战刀借给丁军，要他替自己多杀几个敌人。常年的奔波令耿震山落下了胃病，文秀亲自熬好中草给他送去。大梁弯隧道出现涌水，险情丛生，姬心丹果断要求撤离。洞内顿时塌方，积水迅速漫延，耿震山等人惊出一身冷汗。姬心丹冷静思考后建议造船进洞，查看涌水及地质情况并设法排水。

耿震山接到电报说母亲病重，想让他带着孙子回去一趟，这下可难坏了耿震山，工程正在节骨鼓眼上，自己的儿子又下落不明。刘金贵给他出了个主意，让五六顶替他儿子，五六却执意不肯。回到阔别十八年的老家，耿震山见到步履蹒跚的父亲和久病卧床的母亲，难掩男儿泪，此情此景连五六也感动得哭成泪人。家乡因为耿震山的到来热闹异常，两位老人和五六一见如故。

1965年，耿震山率铁道部第一工程局第八联合作业工程队奋战在乌稍岭工地上，这里海拔2950米，是兰新线海拔最高的区间。工程如期开始，西北看到杜寒松和书光热情地拿着图纸讨论着，心里很不是滋味。工人们按照方案正在隧道施工，突然洞口坍塌，一片狼籍。西北指责杜寒松设计不合理，杜寒松认为工人没有严格按照技术指标施工，二人争得面红耳赤，书光也和西北发生不快，含泪堵气离开。

西北鼓足勇气向书光道歉，可书光并不领情。在耿震山的追问下，西北终于说出心里话，这些年一直在给书光写信，可始终没有回音，他以为书光上了大学，自己配不上她了。耿震山拿出厚厚一捆信，全是被他扣下的他和书光的信件。耿震山说怕他们年龄太小，谈恋爱影响部队的纪律和各自的前程。西北看到眼前这一切，痛苦万分。一群藏民在铁路路基上扎下帐篷，刘金贵劝说无济于事，耿震山让工程队撤走，等做通藏族百姓的工作后再施工。

卓玛没有随藏胞一同离开，她找到守梁非要跟着他修铁路，西北让守梁赶紧把卓玛送回去。在回去的路上，卓玛把自己的手镯送给了守梁，守梁兴奋不已。西北发现守梁变得有心事了，守梁说他想有个家了，两个打小一起混大的孤儿，不由的满腹辛酸。夜里，杜寒松吹奏起悠扬的口琴，感染了文秀。她鼓起勇气向耿震山表露感情，她说想让耿震山有一个家，愿意一辈子照顾他，耿震山感动的拥文秀入怀。

姬心丹乘坐吉普车行驶在青藏线上，严重的高原反应令他头痛难忍。司机小冯说负责给西藏运送物资的汽车团，每年每个团都有三十几名战士牺牲在青藏线上，这里太需要一条铁路了，姬心丹的心灵强烈震撼了。耿震山突然接到母亲病故的电报，悲痛欲绝。耿震山宣布免去书光技术负责人的职务，停职反省。西北陪在守梁墓前，回忆曾和守梁同甘共苦的难忘岁月，对着苍茫大地失声痛哭。

西北来到藏区看望卓玛和她的儿子。他告诉卓玛守梁是为了救他才牺牲的，卓玛难过不已。西北把卓玛的情况告诉了书光，书光后悔自己当初的鲁莽。西北劝她想开些，一切都会过去的，就像他对书光的感情一样。他明白书光和寒松是真心相爱，从现在开始，他只把书光当作妹妹看待，希望书光能活得开心起来。勘测途中，寒松病倒了，为了节省淡水，他干咽着把药吞下，拖着疲惫的病体在风沙中挣扎前行，终因体力不支昏倒在荒野中。

吴梦达带领文秀和书光一行经日月山从南线踏勘。踏勘线路地质情况极其复杂，不是细沙地带就是湿地和沼泽，一路上他们看到无数动物和人的白骨，惊恐不已。寒松还是没能挺过来，耿震山和姬心丹不知该如何告诉书光。书光踏勘回来，满心急切地要见寒松，大家强忍着悲痛不敢告诉她实情。玉娘不顾心丹的劝阻，执意请求耿震山把心丹和书光调走，心丹大发雷霆。书光向母亲表示为了寒松自己一定要留下来，她相信大伙一定能把铁路修到拉萨的。

为了让书光尽快从悲伤中解脱出来，上级让她跟随吴梦达去西藏踏勘。书光拖着疲惫的身体返回驻地，强打精神向父亲汇报工作。隧道又出现塌方，姬心丹不顾病体到现场查看原因，结果又昏倒了。经济困难的阴影一步步地逼近关角隧道，工程材料严重不足，工人们吃不饱饭，体质不断下降，情绪也受到了严重的打击。耿震山回到驻地，西北用帐篷换羊群的事，气得把西北痛骂了一通，让他等候处理。

书光向耿震山解释拆帐篷的原由，听了书光一番恳切真诚的话语，耿震山似乎明白了什么。工程进展正在关键时期，耿震山坚决不同意带走西北，工程队员们也因保护西北心切差点和李组长发生冲突。工程如火如荼的进行，耿震山突然接到通知，由于当前国内自然灾害严重，经济形势困难，中央决定青藏线下马。耿震山无论如何也想不通，西北和书光也为此伤心难过。

姬心丹得知青藏线下马的消息不顾病体赶回工程队，他表示再坚持一下，隧道是可以打通的，然而一切已无法挽回。文秀终于怀孕了，耿震山乐得合不拢嘴，高兴的找心丹喝酒。耿震山顺便请姬心丹帮忙撮合西北和书光的事，心丹有些为难。西北和书光在风火山上举行了简朴而热闹的婚礼，耿震山高兴的让刘金贵给文秀发电报，把这个喜讯告诉她。文秀接到电报一兴奋不小心跌下山坡。

文秀抢救过来了，但孩子却没保住。耿震山不堪文秀的吵闹，住到了办公室，文秀不依不饶追到办公室，两人闹到要离婚。姬心丹得知西北打了书光，气得火冒三丈，西北悔恨难当，向书光道歉，但是难以挽回书光受伤的心。书光、文秀和技术员方三印在察尔汗盐湖上采集水样，返回途中突遇大雨，汽车熄火。书光从车上跌下来，动了胎气。三印不顾一切地抱起书光在雨中狂奔。

书光顺利地生下了一个儿子，西北得知消息，激动的在旷野上狂奔，耿震山让他赶紧收拾行李去看书光，顺便也代他替文秀赔个不是，西北高兴的上路了。耿震山带领大伙喊着号子抬钻机，不小心闪了腰，姬心丹劝他到山下医院好好调养，也好看看文秀，主动跟她道歉。耿震山也来到研究所，看着自己的孙子兴奋的像个孩子，文秀见到他却不一脸的乐意。但看到耿震山腰疼的眦牙裂嘴的样子，文秀又不落忍，二人和好如初了。

方三印把母亲接到了研究所，文秀拉着耿震山去看病，几人在门口相遇。耿震山认出方三印的母亲就是自己失散多年的发妻孙巧珍，方三印就是自己儿子，众人被眼前的一切惊呆了。这突如其来的一切令耿震山十分头疼，文秀要求他必须有个了断，方三印也来为母亲讨个说法，令耿震山焦头烂额。文秀找到巧珍请她退出，巧珍表示决不放弃耿震山，二人都为自己的幸福据理力争，巧珍因激动过度昏厥过去。

耿震山对母亲的态度让三印感到又生气又委屈，决心不认这个爹，巧珍狠狠地训了他。巧珍找到文秀，跪着求她放弃耿震山。文秀也哭着说，和耿震山在一起的这十年是她最幸福的十年，除了耿震山，她什么也没有，而巧珍还有个儿子。巧珍听罢默默离去，三印质问耿震山为何逼母亲走，耿震山莫名其妙。文秀高兴的准备了一桌丰盛的晚餐等着耿震山回来，结果耿震山一进门不问青红皂白就把巧珍的离去归罪于文秀，二人又大闹一场。

五年之后，青藏六岁了，只是还不会说汉语。青藏养着一只小狗叫石头，书光打小就怕有毛的东西，这下可乐坏了青藏。文化大革命开始了，方三印已经是革委会的主任。由于背景复杂，姬心丹和何文秀第一批被揪出来了。耿震山也受到牵连被革职接受调查，方三印让耿震山跟他们划清界限，耿震山表示明白该怎么做。青藏始终不说汉语，也不认西北这个爹，西北一怒之下打了青藏，书光气得跟西北吵了起来。

书光含泪买了些药给母亲寄去，西北气得去找三印算帐，结果二人动起手来。书光回到家中，看到房内凌乱不堪，青藏抱着石头睡在地上，而西北破衣烂衫，满身是伤的从外面回来，书光气得把西北好一顿数落。听了耿震山的解释，书光才明白西北受伤的原由，心疼的给西北上药。心丹在灶房烧水时突然晕倒，烫伤了腿。书光向请求方三印带父亲回家疗伤，遭到方三印的冷酷拒绝。

耿震山让文秀先留下来，自己去找西北想办法。大家商量决定先把文秀藏在卓玛家，就在西北带着文秀逃走时，被方三印发现了。文秀和西北都被关起来了，革委会要深入调查耿震山和耿西北的问题，在文秀的一再哀求下，方三印同意让她最后再见耿震山一面。关角山口再次沸腾起来了，方三印负责关角隧道的工程，心丹被准许参加青藏线的工程。西北也由陈坤亲自调到青藏线来的，参加工程建设。大家全力投入到隧道的清理和重修中。

书光从盐湖考察回来，看不到儿子，立刻出去寻找。耿震山让西北在教育儿子的方式上不要太蛮横，西北说自己的狗脾气都是像老爹了。工作组来人通知方三印，由于文秀的问题没能查清，耿震山暂时不能上青藏线。工作组的人来调查事故，心丹被方三印颠倒黑白的所谓事实气得心脏病突发送进了医院。青藏高考落榜了，西北气得在家大发雷霆，扬言要把青藏的狗的扔了，青藏委屈的哭了。

西北和书光回到家中，发现青藏留下一封信独自上路了。青藏在信中说自己一定会在部队干出一番事业的，请妈妈放心。西北看着信，说不出的伤感。半年后，耿震山伤愈出院，回到研究所后，尽管瘸了一条腿，但心情却依然开朗。但令他发愁的是巧珍因为总是得不到三印的音讯，要来研究所找三印。文秀重新参加工作，即将去青藏线踏勘，耿震山提出想把巧珍接来，文秀含着泪道出自己的想法，如果巧珍来了，她就离开。

耿震山退下来后无事可做，让西北给他在关角隧道找个活。巧珍还是来了，西北把她从车站接到研究所，两个老人相互搀扶着走到了一起。站在远处的文秀看到这一切，含着泪默默离去。文秀决定参加中科院的研究项目，离开这个伤心地。耿震山苦苦哀求文秀留下来，言谈间巧珍无意中听说三印被关进了监狱，伤心欲绝。思量许久，巧珍独自拎着包袱准备离开，出门时碰到文秀，巧珍流着泪请文秀好好照顾耿震山，自己不会再来了。

经历丧子之痛的西北又得知另一个让人难过的消息，由于文革造成国家经济停顿，中央决定青藏线二期工程格尔木到拉萨段下马。闻听此信，耿震山更是又震惊又遗憾。书光生命中曾经最挚爱两个人离她而去，心头的创伤久久难以平抚。西北让书光她暂时离开这里，把她安排到铁道学院教书。2001年6月29日，国家宣布青藏铁路全线开工，从此将结束占共和国八分之一土地面积西藏将结束没有一寸铁路的历史。