一九三七年七月，留学美国的程嘉树回到北平，在父亲的要求下准备报考清华大学。不料长辛店传来日军实弹演习的消息，清华北大的学子们愤然上街游行，抗议政府的不作为。程嘉树与发小毕云霄加入游行队伍，结识清华学子叶润名和北大学子林华珺。

程嘉文来到战地服务员，想讲程嘉树带回家，他带来最新战况，廊坊一夜失守，天津守军不战而退。林华珺闻言心急如焚，因为叶润名的妹妹叶润青是南开大学的学生。程嘉树当即夺了哥哥的车钥匙，载着林华珺赶往天津。日军召开记者会，公开宣称要轰炸南开。此时的南开已经是一片混乱，南开大学秘书长黄钰生正在组织师生们疏散和转移物资。

一九三七年七月，留学美国的程嘉树回到北平，在父亲的要求下准备报考清华大学。不料长辛店传来日军实弹演习的消息，清华北大的学子们愤然上街游行，抗议政府的不作为。程嘉树与发小毕云霄加入游行队伍，结识清华学子叶润名和北大学子林华珺。

程嘉文来到战地服务员，想讲程嘉树带回家，他带来最新战况，廊坊一夜失守，天津守军不战而退。林华珺闻言心急如焚，因为叶润名的妹妹叶润青是南开大学的学生。程嘉树当即夺了哥哥的车钥匙，载着林华珺赶往天津。日军召开记者会，公开宣称要轰炸南开。此时的南开已经是一片混乱，南开大学秘书长黄钰生正在组织师生们疏散和转移物资。

三校校长齐聚庐山，南开大学校长张伯苓得知南开被炸，痛心之余他对记者说：“敌人此次轰炸南开，被毁者为南开之物质，而南开之精神将因此挫折而愈益奋励。”北平沦陷，清华北大的师生们自发地组织起来保护还没有来得及转移的书籍、资料、实验用具。程嘉树虽不是两校的学生，却也不遗余力地参与其中。

失去了校园的同学们陷入了茫然，叶润名带领大家办刊物，以期唤醒民众。这时，北大助教，中共地下党员裴远之带来了最新消息，教育部决定三校迁往长沙，组建长沙临大。毕云霄的哥哥所在的部队正在招兵，即将奔赴淞沪战场。毕云霄前来报名，哥哥向他展示了中日两国生产的手榴弹。毕云霄终于明白，我军的溃败不是将士们不善战，而是军备太差。

叶润名登门拜访，劝说林华珺继续求学，林华珺心生犹豫，最终在程嘉树的激将下决定与叶润名一起去长沙求学。程嘉树在去天津的路上骗过哥哥，逃回北平，可惜晚了一步，叶润名和林华珺等人已经出发了。程父安排两个儿子以及外甥女方悦容都去美国，大儿子舍不下年迈的父母，决定留在北平。

程嘉树和毕云霄逃过日军的追捕，赶到沧州与叶润名等人汇合。潜入清华的事被日军发现，日军借题发挥，霸占了程家老宅及产业。身在武汉的闻一多接到临大的信，决定放弃战时教育委员会的任职，辞别妻儿，奔赴长沙。与此同时，刚刚经历丧妻之痛，留校苦撑残局的北大校务长郑天挺在妥善安置师生疏散后，也留下五个年幼的孩子前往长沙。

叶润名兄妹辞别父母，和程嘉树、林华珺等人登上前往长沙的火车。裴远之和方悦容先一步抵达长沙，在湖南临时省委的领导下，长沙临大党支部正式成立。长沙临大的混乱状况出乎所有人的预料，教室、校舍严重不足，大家只能打地铺。这般光景何时能开学？

临大决定十一月一号开学，程嘉树为考上临大，请林华珺担任自己的补习老师。长沙步入秋天，淞沪会战的节节败退给长沙城里带来了大量的伤病和难民。同学们主动上街救助伤病，帮助难民。街头的惨状令让同学们刚刚被大捷燃起的热情一下子又被打入了冰窟，同学们才明白抗日不是一朝一夕就可以取胜的。

恶劣的环境让同学们知道一切都来之不易，程嘉树也加倍努力，以各科第一的优秀成绩考入了临大，程嘉树将这一好消息写信告诉北平的家人，让已经被日军迫害至家徒四壁的程家欣慰不已。但家中的重担压在程嘉文一人身上，他不得已进入伪北平市政府工作。

同学们参加话剧《破晓》排练，程嘉树和林华珺整夜修改剧本，两人排练获得众人认可。新生文颉行动鬼鬼祟祟，被程嘉树毕云霄当间谍抓获，但事实证明是个误会。程嘉树毕云霄虽向文颉道歉，但文颉心结已经落下，对程嘉树非常愤恨。

文颉在林华珺的鼓励和帮助下，成为临大正式学生。临大邀请各界名流来校演讲，八路军驻湘代表徐特立的演讲受到了同学们的热烈欢迎。南京沦陷，三十万同胞惨遭屠杀，举国悲愤。同学们再也无法安心坐在教室里，纷纷要求上前线，以身报国。

一个形如乞丐的人出现在梅贻琦面前，梅贻琦认出他，正是清华物理系教授赵忠尧。为了躲避日军，赵忠尧将五十毫克实验镭装在菜坛子里，昼伏夜行，一路步行至长沙。梅贻琦借赵忠尧保护镭的行为劝说同学们，留校完成学业与投笔从戎同样重要。程嘉树和叶润名、叶润青冷静下来，决定完成学业。

日军轰炸武汉，叶润名兄妹虽然担心父母，却不能回家。大年三十，身在异乡的学子们抱团取暖。程嘉树给赵忠尧送饺子，赵忠尧发现程嘉树是个文理兼修的好苗子，邀请他下学期来物理系旁听。校委会和教育部共同决定临大迁往昆明，云南省主席龙云对即将到来的临大表示欢迎。

湖南省主席张治中派出中将黄师岳担任步行团团长，闻一多等十一名教授随团出发。双喜在步行团谋份一个伙夫的工作，沿途照顾程嘉树。步行团一路上的艰难远超师生们的想象，一个真实的贫瘠的国家呈现在师生们面前。师生们苦中作乐，教授们边走边给大家上课。

步行团进入贵州，真是天无三日晴，地无三尺平，人无三两银。伙食、住宿条件越来越差，师生们甚至睡过棺材。不少同学撑不下去了，打起退堂鼓，直到他们遇见一个叫贵生的孩子，才发现此地不少百姓以烟膏为生。看着活在水深火热中的同胞，师生们心中生出勇气，想要改变贵生的命运，唯有让国家富强起来。

步行团经历了六十八天，走过三个省份，终于抵达昆明，梅贻琦亲自迎接，国立长沙临时大学正式更名国立西南联合大学。因为昆明的校舍不够，文法学院即将前往蒙自。程嘉树和叶润名这才知道林华珺因母亲病危，返回北平了。心急如焚的程嘉树想回北平，却买不到票，焦急询问之际，林华珺出现在他面前。

双喜留在昆明，成为联大校工，把仅存的生活费给了程嘉树。方悦容觉察程家出事，逼问林华珺，得知程家产业没了，程嘉文谋了差事。联大文法学院出发去蒙自，火车抵达碧色寨站，郑天挺带当地人沙玛阿旺，一同迎接众师生。女生们来到周宅，林华珺提议把“颐楼”改为听风楼。

闻一多笔耕不辍，文颉送来辣酱，郑天挺调侃其“何妨一下楼”。1938年4月29日，日军袭击汉口，闻一多坚信抗战必胜，他也将蓄须至胜利之时。程嘉树收到毕云霄自昆明的来信，大家在艰苦环境下仍坚持学习，昆明空军开始招生，雷正也在延安窑洞里上课。

联大夜校继续开课，联大也恢复了教学秩序。林华珺将戒指还给叶润名，叶润名坦言理想与现实的冲突，两人分手，却也更加了解彼此。卢沟桥事件一周年， 联大学生和蒙自民众自愿捐赠物资。叶润名与裴远之交流《论持久战》，抵抗侵略依赖信念，叶润名决定毕业后奔赴延安。

昆明，裴远之带叶润名见到云南省特别委员会书记郭铁林，叶润名表明要加入共产党，并写下入党申请书，请裴远之当他的入党介绍人。武汉图书和仪器运送麻烦，叶润名自愿申请同去。叶润名送教材返回蒙自，程嘉树质问他不顾林华珺，两人扭打在一起，林华珺告诉大家，她已和叶润名分手。

武汉江边码头，日军轰炸，裴远之救下方悦容，叶润名和程嘉树赶到码头。程嘉树想回北平，方悦容不让，告知北平家被日本人占领，程父已病倒。叶家房子被卖，叶润名在小旅馆找到父母，得知叶父为了百姓变卖祖宅，深感骄傲。程嘉树给家里写信，等战争结束再回北平尽孝道。

武汉，叶润名向程嘉树提起他要去延安，他还在寻找那一道光，程嘉树受到触动，也想做个有用之人。搬运图书之时，日本飞机前来轰炸，叶润名为程嘉树挡子弹牺牲。昆明，阿美开了家润茗茶馆。罗恒随航校迁到昆明，邀请叶润青、林华珺和毕云霄参加航校的舞会。航校舞会，林华珺教毕云霄跳舞，这样他才能邀请叶润青共舞。叶润青得知飞行教官正在物色翻译。

林华珺送叶父叶母离开，打算休学，去玉溪教书。程嘉树打算转到物理系，裴远之鼓励他走出来，勇敢面对。罗恒来看叶润青，得知叶润青不吃不喝，开解她，叶父叶母才是最难过的人，大家都做好准备重新出发，他希望叶润青也能振作起来。林华珺来到阿美的茶馆，告诉她自己将要去玉溪支教，把阿美的功课拜托给了文颉。

经过艰难的资金筹备过程，联大校舍落成，梅校长及众师生都很兴奋，可是日军的飞机频繁骚扰，跑警报仍然是时不时需要面对的问题。但时间久了，跑警报也成了一件有趣的事情，大家苦中作乐，在野外继续上课。程嘉树和毕云霄发现了一个奇怪的少年，不是联大的学生却总跟在他们屁股后面，抓住一问，才知他也是来报考联大的学生，叫丁小五。

航校，罗恒见叶润青还沉浸在悲伤里，拿出了自己亲手做的飞机模型“罗恒号”带她“飞”上蓝天。叶润青想到过去的一切哭了出来，她的悲伤得到了缓解。暑假，群社和三青团各自组织了社会调查活动，分别都来到了玉溪附近。程嘉树有心想去看林华珺却在犹豫。文颉邀请林华珺加入三青团，却遭到了林华珺严词拒绝，文颉只能狼狈离开。

林华珺和程嘉树等人一起对周边村落的人口情况进行调查分析，发现这里流行大脖子病，决定帮他们找出发病根源。临别之际，程嘉树依旧讲不出心里话，但林华珺看到程嘉树连夜为自己劈的柴，泪水盈眶。群社的社会调查组从拿到的县志里提取数据，调查做的敷衍潦草，剩下的时间用来游山玩水。

丁小五的姑父老颜也从北平来到了昆明，身为裁缝的他为程嘉树等人一人做了一件衣服，以感谢他们对小五的帮助。程嘉树也请老颜为林华珺裁剪了一套，寄到了玉溪。三青团来了新的领导——书记长周宏章，其对文颉十分赏识，明确指出以后的工作方向是防共反共。

日本人轰炸昆明，炸弹投向了西南联大的校园的物理实验室，千钧一发之际，幸好程嘉树等人抢出了实验器材，就在程嘉树回宿舍拿洋葱的时候，炸弹落下，程嘉树被困火海。文颉非但见死不救，还告诉程嘉树林华珺已经来到昆明，正在剧院等他，程嘉树心急如焚。

校庆典礼演出前，梅贻琦校长亲自登门拜访龙云，向其解释其女儿落榜之事，言辞恳切，龙云释怀。就在二人准备去学校看演出的时候，得知礼堂电线被剪，演出被迫中止。学校调查电线被剪的事件，三青团认为是群社干的，群社说三青团诬陷，双方各执一词。祝修远无意得知此事是文颉干的，愤怒指责文颉，却被周宏章厉言打发。祝修远的职位被文颉取代，文颉踌躇满志。

梅贻琦夫人带头在街上卖定胜糕，鼓舞士气，补贴生活，一天下来脚都磨破了，幸好当地企业援助联大重建被炸的校舍，大家方缓了一口气。阿美结婚前夜，裴远之带来了林华珺的信和闻一多先生为文颉刻的 “守本”印章。面对文颉食言不让自己考学的言语，阿美开始后悔自己的选择。

叶润青来到联大，晚上与林华珺同处一室。雨声中，叶润青说出心事，二人之间的心结在渐渐消融。皖南事件爆发后，三青团罔顾事实，颠倒黑白，群社群情激奋，与之针锋相对，向大家揭露事实：国民党屡次破坏国共合作，只有共产党才是抗战的中流砥柱。国民党派三青团组织处处长康泽亲自来昆明处理此事，康泽带了一帮打手开学校强行演讲。

众人被释放，林华珺和程嘉树互吐衷肠，感慨彼此都已成长，情到深处时被双喜打断。文颉被联大开除。裴远之向联大辞职，无论在何地，他都会将联大刚毅坚卓的精神继承下去。分别之际，方悦容拿出婚书，跟裴远之缔结婚约。程嘉树协助裴远之离开，让暗中跟踪的文颉和特务扑了个空。

深夜，文颉接到电话，三青团发现了地下共产党的临时据点。文颉要去抓人，阿美阻拦不成反被推倒小产，她忍痛前去通知程嘉树。程嘉树、林华珺将晕倒的阿美送医，方悦容开车前去救人。联大几位学生在裴远之的陪同下宣誓入党，与此同时，方悦容开车撞向正要行动的文颉等人，子弹如雨般射向她…裴远之等人听到方悦容的示警，及时撤离。

林华珺看望阿美，一番苦心劝慰，阿美决定重拾生活勇气。腾冲，段扶生的父亲组织乡邻为物资奇缺的西南联大募捐钱粮。老颜给侄子小五送饭时，看到程嘉树画粒子加速器，留意在心。双喜终于考试通过，林华珺、程嘉树祝贺双喜，一起吃饭。昆明上空再次响起防空警报，联大师生习以为常地跑警报，哪知却有人暗中用镜子指引敌机空袭，师生乱作一团。

程嘉树想跟裴远之一起去延安，裴远之却劝他出国留学，“那里才是更适合你的战场，我们的国家需要你这样的人才。”没能再见林华珺一面，程嘉树离开云南。北平，程家接到嘉树电报，他今天将回家一趟。一家人正高高兴兴等待，日军却登门造访，他们已经得知程嘉树要回来，准备设下鸿门宴，等君入瓮。

叶润青告诉毕云霄，以后她就是毕云霄的另一条腿，她要和毕云霄一起回联大，照顾他一辈子。林华珺帮他们安排好一切手续，等叶润青返回医院后时，毕云霄却已经悄然离开，他希望留在润青心中的永远是那个英雄，而不是一个瘸子。终于，抗日胜利！理发店，闻一多和李继侗不约而同剃掉了胡须。梅贻琦怀念牺牲在战场上的联大学生。

林华珺被打晕抓走。裴远之和郭铁林回来，发现程嘉树留下一份入党申请书后，已经赶去学校。文颉不敢公然去学校抓程嘉树，故意让人告诉他，林华珺在自己手上。程嘉树准备救人时，被郭铁林派人打晕带走，郭铁林让他相信党组织，他会设法营救林华珺。警备司令部，叶润青作为救济总署国际航空公司董事长的秘书出现，迫使他们放出林华珺。

原来，程嘉树并未死，他所乘坐的汽车早在追捕前已经偷梁换柱，这是林华珺和地下党商定的计划，只有她留下，特务才会相信程嘉树已死，不再追查。只是，此次一别，不知何日能再相逢。延安，程嘉树和裴远之得知联大即将北归。梅贻琦宣布国立西南联合大学正式结束，冯友兰宣读碑文。

云大至公堂，当着文颉的面，闻一多发表了慷慨激昂的最后一次演讲。回去的路上，闻一多遭到国民党特务暗杀，不幸遇难，闻立鹤为保护父亲，身中五枪。为挡悠悠之口，周宏章将刺杀一事全推到文颉身上，将他当了替罪羊，抓捕枪毙。1949年，中国人民迎来解放。