二十世纪六十年代，国家号召知识青年到农村、到艰苦的地方接受锻炼。罗秉文是一名忠诚的共产党员，值此国家用人之际，为响应国家的号召，他毅然决定让即将高中毕业并且被税务局录取的长子罗家明，前往边疆投身于建设祖国的伟业中，劝慰并告诫罗家明“常思奋不顾身,而殉国家之急”。罗家明最终遵从了父亲的期望，前往边疆，并且在化肥厂认识了在科研室工作的沈湘玥，罗家明在厂长的安排下陪同沈湘玥前往农场勘查试验田。

第二天，两人前往试验田，并且暂住在农场的张大叔家中。沈湘玥因为发现新型化肥在试验田效果不佳，夜不能寐起身外出时，正好遇见了因不习惯饮食而被饿醒的罗家明，二人一同前往试验田，罗家明的一句话提醒了沈湘玥，使她豁然开朗。夜半时分，饥肠辘辘的罗家明，将张大叔家的鸡吃了，沈湘玥得知后，将他教训了一番。事后，罗家明却突然失踪了，正当大家找寻无果时，罗家明却拎着两只野兔出现在众人的面前。原来，罗家明为了向张大叔一家人请罪，特意去后山打了野兔回来，沈湘玥对罗家明的态度因此渐渐改观。然而在返回化肥厂的路上沈湘玥意外受伤，两人被狼群包围受困于山野中。

罗家明为了让沈湘玥能够有活下去的机会，决定自己冲出山洞，引开狼群，并嘱咐沈湘玥往反方向逃跑。没想到罗家明途中滚下了山坡，摔断了腿。而沈湘玥没有逃离，跑回了罗家明的身边，此时孙卫东一众人找到了他们，并将其救回。回厂之后两人的感情逐渐升温，罗家明托在上海的苏丽娜买书赠予沈湘玥，沈湘玥却因为夹在里面的一张纸条误会罗家明与苏丽娜的关系，与此同时，一直喜欢沈湘玥的孙卫东察觉了两人的情感，开始对罗家明产生顾忌。

沈湘玥的新型2号化肥研制成功，张厂长立马决定投入生产。另一方面，对罗家明有所顾忌的孙卫东当面寻问他是否喜欢沈湘玥，罗家明矢口否认，孙卫东便希望罗家明离开科研室，成全他和沈湘玥。未明了自己真正心意的罗家明随即离开了科研室进入了生产组。罗家明检修的重型1号机器遭受了严重损害，被送往保卫科按照破坏生产的罪名关禁闭，沈湘玥向厂长求情未果。此时，宋思逸检查机器的时候发现机器内有一把刻有钱宝文名字的扳手。

扳手其实是孙卫东另外一个小弟鲁飞，瞒着孙卫东将钱宝文的扳手扔进了机器里，以此陷害罗家明。孙卫东原本想向厂长告发鲁飞，但因为嫉妒罗家明，便瞒下了此事。沈湘玥向书记为罗家明担保，并且为罗家明争取了半个月修理机器的时间。全厂只有当年从俄国留学回来的宋思逸才有可能修理重型1号，但是宋思逸却在这个时候因故摔断了腿，为了让宋思逸戒酒，同时也为了得到宋思逸的指导和他的旧机器部件，沈湘玥假意要毁掉宋思逸心爱的手札，宋思逸这才答应他们拆旧机器的请求。

在宋思逸的帮助下，罗家明拆卸并修理机器，但罗家明发现重型1号机器由于没有配对的齿轮已经无力回天，但仓库内有一款机器与重型1号机器类似，于是他利用重型1号机器内的零件，修好了仓库内的机器，厂长因此决定撤销对罗家明的处分，沈湘玥因为研制出新型化肥而晋升为了副厂长。罗家明从宋思逸那得到了写有钱宝文名字的扳手，沈湘玥和罗家明两人推测孙卫东是幕后主使，但是罗家明出于对化肥厂生产效率的考虑，于是作罢。苏丽娜从上海独自前来看望罗家明，此举让看在眼里的沈湘玥暗自吃醋。

苏丽娜为支边申请做准备时，罗家明以苏丽娜擅自离家为由，阻止了苏丽娜的支边申请。苏丽娜在篝火晚会上，向沈湘玥表达了竞争罗家明的想法。篝火晚会结束后，张厂长被调离了化肥厂，他将推荐上大学的名额留给了罗家明，这让心系上大学的周红，误以为是沈湘玥因为私情帮助罗家明争取到了名额，并与正在吃饭的苏丽娜发生了争执，两人争执过程中，罗家明得知苏丽娜向众人散布将与自己结婚的谣言。生气的罗家明警告苏丽娜不要再传播谣言，并言辞决绝地拒绝了苏丽娜的心意，两人在争执过程中，苏丽娜为故意引起沈湘玥的误会，而抱住了罗家明。害怕沈湘玥伤心的罗家明，不顾苏丽娜的纠缠，追上沈湘玥解释情况，并要求沈湘玥正视两人之间的感情。

苏丽娜因为支边申请遭到张厂长的拒绝后，与答应帮助自己留在化肥厂的孙卫东站在了统一战线。张厂长离开后，孙卫东将上大学的名额给了周红，并以陷害沈湘玥作为交换条件。在检讨大会期间，沈湘玥的出身成为了工友热议的焦点，同时，苏丽娜也暗讽她会给罗家明带来不良影响。原本就举步维艰的沈湘玥，再次遭到陷害，众工友对她的科研能力产生了质疑，为了证明自己，她决定自愿下放到农场，接受再教育。沈湘玥离开化肥厂前，与周红解除了误会。沈湘玥离开后，罗家明得知是苏丽娜陷害了沈湘玥，坚持要求苏丽娜返回上海。

罗家明在准备离开化肥厂前将苏丽娜交付于吕建军。苏丽娜为了留在化肥厂，企图让孙卫东帮助自己达成心愿，却无意与醉酒的孙卫东发生了关系，心碎之余选择跟随吕建军返回上海。料理好一切的罗家明，赶赴农场帮助辛苦采茶的沈湘玥做农活。当罗家明来到牧场时，发现牧场的管理者正是自己的救命恩人李慕依。罗家明在放羊过程中，救下了昏迷的钱宝文，却为此丢了一只羊，而罗家明因为丢羊事件，受到了关禁闭的处罚。

沈湘玥在劳作中发现农作物枯黄的问题，在孟连长的帮助下，沈湘玥顺利查找到了原因，并且制定了解决方案，而罗家明却因此误会了沈湘玥与孟连长的关系。沈湘玥和孟连长找到孙卫东生产化肥时，遭到了孙卫东的拒绝。而此时，宋思逸因为过度劳累，意外摔倒而离世，愤怒的罗家明与孙卫东发生冲突，沈湘玥为了救罗家明，将自己研究的化学方案与孙卫东做了交换。

罗家明无法接受宋思逸的离世，陷入悲伤无法自拔，并在沈湘玥安慰自己时，无意中伤害了她。当孟连长邀请罗家明到农场机械组参加工作时，罗家明从孟连长口中得知，沈湘玥为了救自己而与孙卫东交换了研究方案。罗家明找到沈湘玥，两人倾心交谈后，冰释前嫌。罗家明回到农场后，积极投身到机械修理中，并顺利成为机械组组长。与此同时，准备去读大学的李慕依准备向罗家明表白，却不料将钱宝文误认为是罗家明

罗家明和沈湘玥的感情逐渐亲密，两人在农场彼此欣赏，相互鼓励。沈湘玥新型3号化肥的研究步入正轨的同时，罗家明也开始筹备机械队，他想方设法从各个农场收集废弃的生产机器并进行改良，并且将在牧场工作的钱宝文，邀请到机械组参加工作，帮助自己筹备机械队。当沈湘玥在研究3号化肥过程中遇到难题时，罗家明帮助沈湘玥攻破了难题。孙卫东的表妹蒋秀华，将沈湘玥的研究进度告知给了孙卫东。当孟连长误会罗家明要调往机械厂时，罗家明向孟连长提出自己正在筹划机械队。与此同时，沈湘玥得知孙卫东提前研制出了3号化肥，沈湘玥因为返回化肥厂的计划落空而伤心失意，罗家明上前安慰。

沈湘玥研究的3号化肥被生产出来后，得到了各个农场的青睐，而化肥厂却因此囤积了大量的化肥。于是孙卫东向组织举报沈湘玥的化肥是盗取了化肥厂的研究方案而生产出来的，沈湘玥的名誉受到危机。最终，在罗家明和孟连长的帮助下，孙卫东盗取沈湘玥方案的事迹败露，受到了行政处罚，锒铛入狱。沈湘玥被调回化肥厂时，罗家明坚持留在农场组建机械队，沈湘玥不理解罗家明的选择，与罗家明产生了矛盾。几年后，痴心等待李慕依归来的钱宝文，渐渐打开了李慕依的心扉。回到化肥厂的沈湘玥却时常想念着罗家明，而罗家明则奔赴各地修理机器，两人的命运不知会走向何处……