1941年，侵華日軍向抗日根據地發起了瘋狂的「掃蕩」和「清鄉」，同時，蔣介石製造了震驚中外的皖南事變，掀起了第二次「反共」高潮。中國人民的抗日戰爭進入了最困難的時期。
爲了打破侵華日軍的進攻和國民黨的經濟封鎖所造成的極大困難，中國共產黨領導的陝甘寧邊區政府，號召邊區軍民「一邊戰鬥、一邊生產」，開展了轟轟烈烈的大生產運動。在「南泥灣」，一羣來自五湖四海的中華兒女，創造了一個令世人讚嘆的奇蹟，譜寫了一首壯麗的革命史詩。
本片講述的就是1941年春，八路軍一二0師三五九旅長兼政委王震的率領下，連長老周（任帥 飾）奉命開進南泥灣，披荊斬棘，戰勝重重困難，將荒無人煙的南泥灣建設成了「平川稻穀香，肥鴨遍池塘。到處是莊稼，遍地是牛羊」的陝北好江南。
影片以一名八路軍女戰士「苗子」（彭丹 飾）的日記和心路歷程爲線索，描述了在那段激情燃燒的歲月里，在轟轟烈烈的大生產運動中，雜糅了革命英雄主義與浪漫主義的戰地愛情故事。