1959年，空中航空兵团团长江晓义在追击着敌机，几次开炮均未命中，只好驾机撤离。桃园机场内，国民党飞行员和美国官员在交谈着计划。阵地上，探照灯团团长肖占武和高炮团团长邢凯指挥着部队疯狂射击，但都未打中敌机。中央军委决定秘密地成立代号为543的地空导弹部队，任命金唤召为基地主任。邢凯被任命为一营营长，同为团长的肖占武却没有选上。肖占武去找金唤召苦苦哀求让他进入543，金唤召拒绝了他。金唤召的儿子金保尔对父亲要把他调到543部队的事提出抗议。肖占武找到周副司令员，请求他帮助自己进入543。

晚上，肖占武和官宾们同公安部门配合，将敌人的间谍气球打下，并抓获一名特务，但是他们却发现间谍篮子里什么东西都没有。肖占武深觉敌军能够深入基地有阴谋，一时间还没办法判断。北空组建543部队，首长通知肖占武去报到，并任命肖占武为543部队二营营长，肖占武如愿进入了梦寐以求的543部队。

543部队正式组建，来自各地的精英人才齐聚一堂。金焕召向刑凯介绍毕业于哈军大的金保尔，刑凯无意间说出金保尔和金焕召有缘，金保尔亲口告诉他自己就是金焕召的亲生儿子，肖占武觉得他是金唤召安排的卧底，告诉王大鹏好好练练他，让他自己退出二营。金保尔的恋人叶小瞳看到保尔被单独加练，生气地向金唤召报告。 金唤召来二营看望保尔，问他怎么样，保尔却说他过得很好。二营的学习进度慢，肖占武和政委郝林春都很着急。金唤召通知二营，在苏联教官在给一营讲课时他们可以旁听，但是笔记本不能带出课堂外，以防泄密。肖占武和韩山庭等在上课时，用照相机把课堂内容偷拍了下来，可是因为保密不能带出营区，如何洗出来成了难题。这时司马东对他们说，金保尔会洗照片……

肖占武采纳韩连长的建议，带着不确定和忐忑找到金保尔。肖占武告知金保尔，他们用微型相机把苏军的课堂资料搞到手，可是目前需要一名会冲洗照片的人才。金保尔知道了肖占武等人违规操作，身为军人他深知这是要接受处分的，可肖占武这样请求，面临两难困境，金保尔该何去何从。

金焕召带领的543部队照常训练，在苏军强大的配备下，相信543部队很快就可以有很大成效。就在此时，金焕召接到上级命令，由于蒋匪活动猖狂，543部队组建刻不容缓，上级只给金焕召三个月的时间将543部队训练有素，金焕召临危受命，面对如此棘手的情况，金焕召深感责任重大。

邢凯找到肖占武，说考试的事肖占武早有预谋，两人开始有了矛盾。肖占武生气地向基地走去，迎面碰到杨硕，肖占武问杨硕为什么一直在帮助自己，杨硕说五年前就认识了他，肖占武却没有印象，但心存感激，记住了这个女孩。543部队到西北靶场进行实弹打靶，气象局报告第二天气象条件不理想，为了给一营创造最好的射击条件，金唤召调换了打靶顺序。第二天打靶时，二营的导弹没有击中目标，其它营都相继命中。经过调查，二营的操作没有问题。在讨论会上，杨硕怀疑是苏方提供的导弹出了问题。听了杨硕的分析，金唤召同意拆开导弹进行检查，确认是导弹出了问题。

老柴帮肖占武给杨硕送包子表示感谢，杨硕说如果有诚意，转告肖占武让他亲自来。肖占武给杨硕送包子，表示感谢，想请杨硕到二营蹲点。二营官兵们开民主会，讨论出“全营一杆枪”的口号。 国庆大典就要到来，金唤召提出再多组建一个营，刘司令员同意了。会上金唤召给各营都安排了各自的阵地，唯独二营没有，只作为一营的预备队。李继先觉得要想有阵地，就想出更好的方案来说服首长，于是二营官兵们开始行动起来，肖占武找到杨硕请她帮忙。

二营官兵们向金唤召演示了研究出的“梅花阵”。终于，上级把通县作为二营的阵地。一架RB-57D企图入窜，全营进入了一级战斗准备。谁知敌机虚晃一枪，掉头跑了。敌机再次入窜北京，在即将到达一营阵地时转向，向二营阵地飞去。二营正要准备射击时，突然林华兵在电话里听到上级叫他们等一等，肖占武觉得不对劲，顶着压力坚持下达了发射命令，击中了敌机。二营成了一片欢乐的海洋，邢凯没有打到敌机，为肖占武高兴的同时，心里也有了一丝不甘。

刘司令员来到残骸坠落现场视察。肖占武和罗鸣偷偷把黑匣子藏了起来，还不小心毁坏了胶片舱，杨硕帮肖占武顶下了罪。刘司令员来到阵地上，肖占武提出让杨硕来二营蹲点，刘司令员同意了。二营沉浸在胜利的喜悦中，杨硕找到肖占武，警告他不能私藏黑匣子。请假回家的司马东回到二营，立功授奖都没赶上。邢凯来到二营为肖占武庆贺，听说说三大元帅请他吃饭，羡慕得不得了。

肖占武带着罗鸣把黑匣子还给了金唤召，知道了杨硕为他背了黑锅。肖占武觉得愧疚，两人私下里吵了起来，肖占武觉得这下要欠她一辈子了。肖占武怕二营官兵们打了胜仗骄傲，带着全营做起了检讨。邢凯听闻此事，决定向二营发起学习。国防科工委需要一套兵器做兵器仿制工作。但兵器总共只有只有5套，四新一旧，国防科工委要新的，金唤召只好把一营的兵器交了出去。一营没了兵器，邢凯向金唤召提出要肖占武的兵器，肖占武知道后怒气冲冲地找到邢凯，两人绝交。李继先带头拆卸兵器。

李继先带头拆卸兵器，大家陆续动起手来。邢凯没有勇气见肖占武，交接兵器时没有去。二营官兵们更是火上浇油，和前来的一营官宾打了起来。肖占武将带头动手打人的林华兵和金保尔关了禁闭。晚上，二营奉命接收旧兵器，肖占武见到兵器以后，却异常兴奋，高兴地把老兵器接了回去。旧兵器问题重重，杨硕来到二营帮助检修，在阳光下，肖占武发现杨硕是如此地迷人。晚上肖占武给杨硕送包子，问上次为什么说她认识自己，杨硕拿出一张旧报纸，上面印着肖占武的照片，原来，因为肖占武杨硕才选择了报考导弹专业。

肖占武和罗鸣等在检修兵器，突然接到罗鸣的调令。罗鸣离开二营前，和齐五一冰释前嫌。敌人的U-2飞机近期频繁地进行侦查活动，上级下了死命令，要543寻找战机，消灭U2。王大鹏的媳妇李秀秀孤身一人来到了北京，王大鹏有事走不开，司马东带人去火车站找秀秀。杨硕偶然碰到了在大门口的秀秀，想把她带到营里。部队规定不能见家属，杨硕被肖占武指责了一番，王大鹏只能远远看着秀秀离开了。

王大鹏和秀秀不能相见，金保尔找到肖占武表示抗议。肖占武因为秀秀的事得罪了杨硕，想办法请她原谅。金唤召组织各营长开会，问大家对把部队拉出去打游击的看法，其他营长表示有困难，只有肖占武觉得可以一试。在去长沙前，杨硕送了肖占武一块表。为了保密，二营官兵脱下军装，换上了工作服，准备向长沙出发。之前的五个新营撤编，肖占武把罗鸣硬抢了回来。到了长沙后，金唤召来看望二营的战士们，下令车队进入阵地。

金唤召表示要要回罗鸣。肖占武恳求把罗鸣留下，金唤召说除非空军首长特批。因为粮食、副食不够，官兵们普遍都营养不良。老柴带着林华兵、金保尔齐五一，去航空兵团的鱼塘偷鱼。大家吃鱼吃得正高兴的时候，韩山庭来报阵地被水淹了，此事惊动了成副司令。肖占武带成副司令来食堂吃饭，肖占武提出要留下罗鸣，罗鸣也表态想留在二营，成副司令被他们的精神感动，同意了。两个航空兵来找二营算账，却被肖占武说得哑口无言。

李继先去航空兵团道歉回来，肖占武得知原来航空兵团师长就是老友江晓义，便亲自去找他。肖占武听说军区首长要来视察，便和王大鹏齐五一等联手演了一出戏，军区首长见此答应了给他们提供伙食补贴。肖占武故意让阵地暴露，木已成舟，首长下令趁此机会申请让二营转移南昌。肖占武找杨硕帮忙拿到二营最急需的器件，齐五一去军代表处请求帮助。在去南昌的路上，天下起了雨，路况危险，天又快黑了，韩山庭建议就地休息一晚，肖占武坚持冒险前进。李继先和齐五一也都觉得就地宿营比较合适，肖占武只好少数服从多数，赌气地走了。

第二天部队继续前行，车队进入阵地后紧锣密鼓地展开兵器。司马东在检查战士们要寄出去的信件时，发现罗鸣的信背后有密密麻麻的密码，怀疑罗鸣很有可能是特务。肖占武半信半疑，李继先派司马东对罗鸣进行严密监视。李继先决定派司马东对罗鸣进行外调，查清他的背景。二营兵器问题全面爆发，杨硕要动身去二营，瞿延风坚决不让她走，也不答应把元器件给二营，杨硕生气地坐上车向二营出发。罗鸣被禁足，也不能接触兵器 。

罗鸣被禁足，也不能接触兵器，罗鸣忍无可忍，生气地去找肖占武理论。老柴和金保尔在市场用粮票买肉，被警察抓了起来。幸得江晓义去警察局把他们保了出来。司马东外调回营，证实罗鸣是清白的。二营收到了瞿延风寄来的一批元器件，这时，外面传来警报，官兵们迅速进入战斗状态，可敌机总是在天上绕来绕去，就是不往前飞。金唤召提议大规模往南昌调动飞机，引来敌人，成副司令员和刘司令员都觉得是个可行之法。二营的雷达出现了问题，杨硕说必须要请瞿延风来才有可能解决。

二十世纪五十年代末，以美国为首的西方世界为达到其封锁、围困和扼杀年轻的中华人民共和国的目的，先后向台湾蒋介石集团提供先进的高空侦察机，培训飞行员，不间断地对大陆实施侦察窜扰，刺探我重要的的国防和经济情报。由于我空军武器装备落后，共和国的“房顶”始终搭不起来，中央决定向苏联购买萨姆－2型地对空导弹，组建空军地空导弹部队，从此开始了对敌作战的崭新时代。

飞机残骸坠落处，杨硕主动提出要拆黑匣子，瞿延风觉得这样太危险，叫杨硕退下，杨硕被他感动了。全营官兵收听着广播，代表部队上台讲话的是航空兵师长江晓义。官兵一下都懵了，明明是二营打了胜仗，官兵们想不通，委屈，现场立即变成声讨航空兵的群众大会。但是听了肖占武的一番讲话后，官兵们释怀了，并重新明白了自己肩上的任务是不计私利，全心为祖国而战。司机开着卡车和马老柴行驶在路上，突然，山脚拐弯处出现了迎面而来老乡的拖板车，司机为了躲避，一个急转方向，车翻下了山崖。马老柴牺牲了。南昌飞机残骸现场，肖占武陪同刘司令员参观。二营官兵们和刘司令员照了一张合影，留了个空位给老柴。

晚上，李继先写申请，为老柴申请一等功。这时，杨硕来向肖占武道别。一营去大西北执行任务。司马东把马老柴的几封信交给李继先，信中马老柴的妻子赵盈秋沉重地叙说着家里的情况。肖占武和李继先把赵盈秋接回了营里，决定等老柴的功请下来了再把老柴牺牲的事告诉她。赵盈秋顶上了马老柴的位置，在伙房当厨。

金唤召对杨硕说上级想调她去总参技术局，问她愿不愿意，杨硕知道是瞿延风搞的鬼，委婉地拒绝了。一架U-2入窜大陆，向一营阵地方向飞去。一营一开雷达敌机就跑，开了两次雷达以后，敌机在天上飞出个8字便逃跑了。开会时，杨硕更加意识到敌机很有可能安装了预警系统。肖占武在洗碗时，悄悄向杨硕说明了他应对敌机的想法，杨硕觉得有道理，肖占武再次请求杨硕到二营来帮忙。

回营后，肖占武命令罗鸣、齐五一等不准睡觉，直到想出办法来。赵盈秋怀疑老柴出了事，韩山庭拿出那张带着老柴的假照片给她看，李继先骗她老柴还在外地学习，她才松了口气。齐五一和罗鸣等人日夜计算，发现了在38-35公里的集中区域发射导弹，敌人想逃也逃不掉。肖占武傻了。杨硕来二营蹲点，向众人论证罗鸣的推算是正确的，想打中敌机，就要压近开雷达的距离，把原来的８分钟改为８秒，肖占武决定一试。杨硕开会回来，给肖占武看了一组照片，是敌人的“第12预警系统”，肖占武更坚定战术得变了。部队转移到了河北故城，二营马不停蹄地训练8秒战法，各部门手忙脚乱，效果不尽人意。肖占武在会上拼命要各个部门在每个环节中压时间，几乎把人逼疯。

司马东屋内，鲁进川和汪心诚来送信，鲁进川趁司马东不注意，偷偷将一个小纸条塞进了信中。司马东在去寄信时，装着信的挎包被人偷了。汪心诚把鲁进川的事告诉了李继先，李继先怀疑鲁进川有通敌嫌疑，立即下令将鲁进川控制起来。肖占武和韩山庭进城抓特务，把信拿了回来。公安部门想要把鲁进川和司马东带走调查，肖占武坚决不同意。李继先说上级也要求配合公安部门，让他们把人带走，两人争执了起来，杨硕也对肖占武进行了劝解，最后肖占武妥协了。

上级首长要听各个营区情况汇报，肖占武知道首长想听一些真实的想法，肖占武让齐五一参与会议。齐五一说他们二营能把打开雷达的距离缩到50公里，在场的人都嘲讽这是异想天开，邢凯信誓旦旦地认为自己能够控制到75公里已是极限。杨硕当着瞿延风的面担保二营已经能够把雷达时间控制在1分钟以内，瞿延风打死不信，并数落杨硕就是二营出来的野丫头。

一号首长亲自在上海接见肖占武，并且让金焕召带着543部队迅速赶到上饶，争取早日打个翻身仗。肖占武带部队日复一日地排演，功夫不负有心人，他们成功地将打开雷达时间控制在了8秒内，众人兴奋不已。一营接到上级指示，要他们在45公里内带下敌机，敌机逼近，邢凯下达死命令开雷达，可是敌机还是嗅觉灵敏地改变了航向，一营再次失去战机。

赵盈秋知道老柴牺牲了，坚决要离开二营，保尔、杨硕等人真诚地劝说，把赵盈秋留了下来。金唤召来到阵地上，带着鲁进川归队。肖占武李继先把赵盈秋的事向金唤召坦白，金唤召了解情况后，表示睁一只眼闭一只眼。成副司令员召集各营领导开会。这时，一架U-2向上饶方向飞去，成副司令员犹豫再三，决定不打。随后逼各营长表态，报各自的开雷达距离，肖占武犹豫再三，发狠地报出了—38公里。肖占武报出了38公里，8秒的训练成绩。此言一出，立即遭到各个营长的群起攻之。

肖占武在会后顶着压力主动请战，成副司令员犹豫再三，正式宣读二营为主打营，打回窜之敌。 二营指挥所里，齐五一代替肖占武指挥战斗，带领着官兵们用6秒的时间将敌机打了下来，但是肖占武没有赶上战斗。“黑猫中队”的王牌飞行员陈福生挂在悬崖边上，被金保尔等人救起。肖占武为没有赶上战斗生着闷气，躲在厨房里炒菜。晚上，肖占武和杨硕等在飞机残骸坠落处找到了“第12预警系统”。

金唤召和肖占武散步，金唤召说肖占武把二营的每个人都训练成了精兵强将，这才是真正的“全营一杆枪”，肖占武终于释怀了。二营和一营在撤退的路上相遇，双方官兵各不相让。肖占武命令二营给一营让路，带着二营全体官兵向一营敬礼。肖占武来到疗养所，告诉陈福生，二营是用独创的战法将他打下的，陈福生心服口服。罗鸣要结婚了，肖占武把杨硕给他的表送给了罗鸣，可杨硕还不知情。杨硕在婚礼上看到了罗鸣手上的表，生气地走了，肖占武却觉得送表理所当然，杨硕很伤心。

为求杨硕原谅，肖占武找到罗鸣，把表要了回来。邢凯向肖占武拜师，肖占武不留情面地拒绝了。金唤召分配作战任务，让一营去福建设伏，二营去内蒙伏击U-2侦察机。邢凯要求和二营对调，肖占武同意了。齐五一和韩山庭到漳州打前站，被当成特务抓了起来，半夜时两人逃走。军区保卫部部长来替齐五一和韩山庭证明身份，事情才得以结束。当地群众误认为二营是劳改队的，为此，江晓义奉命通知二营脱下勘探服，换回军装金保尔被倒下的发射架压断了腿送往医院。

来到医院，医生建议对金保尔进行截肢。截肢以后，金保尔一蹶不振。直到李继先给保尔念《钢铁是怎样炼成的》中的一段话，保尔才决定重新振作起来。技术处要给各营安装“反预警26系统”，杨硕还为表的事生肖占武的气，不愿意去二营安装。空中出现了一个可疑目标，上级等待肖占武射击，肖占武和罗鸣都觉得是我军飞机，没有下令射击。果然，各团确认，是航空兵的两架歼击机在空中训练。金保尔在大家的欢迎下回到了二营，瞿延风来二营安装“反预警26系统”。

晚上，肖占武和瞿延风聊起了杨硕，两人较量着谁也不让着谁。两架U-2、一架RF-101从不同的方向飞来，二营遇到了前所未有的严峻挑战。发射场上，金保尔摔倒，假肢从腿上脱落，王大鹏叫人把他抬走。前两发导弹都没有打中敌机，第三发导弹在空中将U-2敌机击落。金保尔觉得自己脱了大家的后腿，又开始萎靡不振。韩山庭在死去的飞行员手里发现了一枚戒指，上面写着“林秋分”。肖占武打电话给杨硕请她帮忙打听此人。

杨硕来到劳改农场，从陈福生口中知道，林秋分是吴克南的妻子。原来二营打下的，是国民党王牌飞行员吴克南。刘司令员听说后非常高兴，来到二营阵地。齐五一突然报告，雷达发现敌机两架，正向漳州方向入窜。肖占武怀疑这次来的是带着弹的轰炸机，是来报复的。四发导弹，还剩一发，情况很不利。于是肖占武故意开雷达，把敌机吓跑了。肖占武向刘司令员请求调杨硕来二营，刘司令员答应了。金唤召知道了金保尔截肢，心痛不已，却依然坚持给官兵们开庆功会。

杨硕对金唤召说不想去二营，金唤召说刘司令员已经答应肖占武了，杨硕也只好答应。金唤召告诉叶小瞳，金保尔要和她分手。叶小瞳还不知道事情的原委，伤心极了。杨硕决定去二营帮叶小瞳讨个说法。杨硕和二营官兵来到导弹坠落处，找到了导弹的问题所在，说这枚导弹必须尽快销毁。杨硕在肖占武的陪同下安全把引信拆除。回到营部，杨硕为叶小瞳把金保尔骂了一顿，赵盈秋见此把真相告诉了杨硕。杨硕向金保尔道歉，希望他把事情原委告诉叶小瞳，金保尔却不愿面对。

叶小瞳无意间看到了关于金保尔的文件，想打开看时，被金唤召制止了。肖占武和李继先来做金保尔的思想工作，金保尔坚决要离开二营。二营官兵被毛主席邀请到人民大会堂，唯独金保尔没有去。肖占武批了金保尔的调动申请，金保尔忍着眼泪向大门外走去，发现肖占武和李继先率全营官兵已经在此列队，金保尔再也抑制不住自己的感情，请他们原谅。

一营和二营到广西中越边境机动设伏，二营在广西利瓜安营扎寨。金保尔到技术处报到，叶小瞳见到了金保尔，向他求婚，金保尔被她感动，紧紧地把她拥在怀中。杨硕来到二营，将电子干扰系统“霄云一号”安装好，接着要动身去一营，肖占武对她说一定要回二营。杨硕刚给一营装完“霄云一号”，一架U-2飞机就朝着一营阵地方向飞来，一营发射的导弹在空中失去控制，阵地暴露了，刘司令员命令一营二营迅速转移。一架大型轰炸机冲二营飞去，杨硕坐上吉普车往二营赶。肖占武决定用“霄云一号”和敌人决一死战。

敌人的“百舌鸟”把阵地炸得树林横飞，杨硕从吉普车上跳下来，冒着生命危险，找到肖占武，硝烟中两人紧紧拥抱在一起。二营班师回京，邢凯在路边等着肖占武，向他道歉，说在543，肖占武才是当之不愧的老大。回到了北京，肖占武疲惫地回到办公室内，向杨硕求婚，两人终于修成正果。赵盈秋被分配到粮食局工作，肖占武被任命为地空导弹独立四师师长，齐五一为二营营长。一营终于在内蒙击落一架U-2敌机，邢凯感慨万千。肖占武和杨硕去看望陈福生，告诉他，U-2飞机撤回了美国，“黑猫中队”也已经解散。不远的将来，他也许可以回家与亲人团聚，并希望海峡两岸永不再战。肖占武坐在吉普车上，眼前出现了一幕幕场景，仿佛又回到了从前那段青春岁月……