一九三八年，日军铁蹄践踏下的古都北平。这一天，辅仁大学正在举行日本国旗的降旗仪式，爱国学生苏贞冒险悬挂抗议日军侵华的条幅，被日本宪兵追捕。正在楼内用小摄影机拍摄降旗仪式的日清商社社长彭祖康之子彭登科救下苏贞，谎称苏贞是自己的女朋友，两人暂时逃脱日本人的搜查。但拍有苏贞悬挂条幅画面的摄影机却被日本宪兵队队长冈村拿走了。

苏贞接到关文波通知，要马上转移玛丽老师出北平。苏贞和同学们在咖啡馆为玛丽老师开生日会，掩护玛丽老师转移。同时，彭登科在家看哥哥从日本人手里要回来的摄影机胶片，发现被日本人收走的小摄像机里，拍下了挂条幅的人正是苏贞。彭登科非常担心苏贞的安危，急急跑到咖啡馆去找苏贞。在咖啡馆，日本人发现玛丽老师失踪后，逮捕了苏贞及其他进步学生，彭登科想上前救助被哥哥彭禄达拦住，苏贞误会自己是被彭登科出卖。

一九三八年，日军铁蹄践踏下的古都北平。这一天，辅仁大学正在举行日本国旗的降旗仪式，爱国学生苏贞冒险悬挂抗议日军侵华的条幅，被日本宪兵追捕。正在楼内用小摄影机拍摄降旗仪式的日清商社社长彭祖康之子彭登科救下苏贞，谎称苏贞是自己的女朋友，两人暂时逃脱日本人的搜查。但拍有苏贞悬挂条幅画面的摄影机却被日本宪兵队队长冈村拿走了。

苏贞接到关文波通知，要马上转移玛丽老师出北平。苏贞和同学们在咖啡馆为玛丽老师开生日会，掩护玛丽老师转移。同时，彭登科在家看哥哥从日本人手里要回来的摄影机胶片，发现被日本人收走的小摄像机里，拍下了挂条幅的人正是苏贞。彭登科非常担心苏贞的安危，急急跑到咖啡馆去找苏贞。在咖啡馆，日本人发现玛丽老师失踪后，逮捕了苏贞及其他进步学生，彭登科想上前救助被哥哥彭禄达拦住，苏贞误会自己是被彭登科出卖。

彭禄达只好从中调解。出于无奈，陈克敏给彭逯达出主意，小野对彭家的传家宝——董其昌的名画《峻路马湖记》很是喜欢，也许能够换取苏贞的自由。彭禄达拿出董其昌的名画送给小野，彭祖康心疼儿子，忍痛割爱。彭禄达拿着日本宪兵司令小野开具的释放手令和彭登科一起去监狱接苏贞，苏贞不愿意留下其他被捕的同学独自出狱，拒绝了彭登科的好意。

陈克敏从中周旋，提出留着苏贞，让她和彭登科结婚，苏彭两家联姻，以达到“共荣”的目的。小野权衡利弊，答应可以放人，但要求彭登科和苏贞马上结婚，造成很大的影响，这样可以让苏方平名声扫地，为中日亲善作贡献。彭祖康只好答应。彭裕达赶紧去刑场救下了枪口下的苏贞和彭登科，他们总算躲过一劫回到了北平家中。彭祖康告诉彭登科，既然喜欢苏贞，就马上结婚，彭登科对父亲态度的变化感到惊讶。

为了表示自己的决心，彭登科登报跟父亲断绝关系，并且搬出了彭府，到一家报社做摄影，自食其力，过上了清贫的生活。苏贞从报纸上看到了彭登科宣布与彭家脱离关系的消息，心中一时感动，忙跑去关文波处商量。到了书店，没想到关文波先告诉苏贞一个好消息，她去延安的申请同意了，并通知苏贞去延安的时间提前了，让她随时做好走的准备，并不能告诉任何人。苏贞高兴极了，就没再说彭登科的事。

彭登科发着高烧去书店找关文波，关也没有告诉他苏贞的消息。彭登科只好在外面一直等到晚上。此时关文波等地下党人正在开会研究去延安的学生遭到轰炸的事，突然响起了敲门声，关文波等人一阵紧张，忙安排大家转移，打开门一看，原来又是彭登科。彭登科病倒在书店里，关文波将其送进了医院。在彭登科的不断追问下，关文波被其诚意打动，暗示他：苏贞有自己的路要走。彭登科看到苏贞爸交给他的《西行漫记》，意识到苏贞是去了延安。

严冬山要求倪蓓看住苏贞不准其乱跑，以免出乱，明天搞清楚了再去交涉，但苏贞摆脱了倪蓓。苏贞想溜进青年军驻地，未果。苏贞在青年军门口死守，正好看到有人把玩彭登科的摄像机，更加确信彭登科被关在这里。机要办公室科员刘换成和倪蓓劝苏贞回去从长计议，苏贞不肯，怕彭登科他们连夜被转移走。苏贞在青年军驻地听见彭登科吹《欢乐颂》口哨，兴奋不已，终于两人得以隔窗对话，激动不已。

严冬山亲自询问彭登科，彭登科不满严冬山审问的口气，而且感觉到了严冬山对自己的不信任，逆反心顿起，不予配合。彭登科见小吕被抓，不明所以冲去和严冬山质询，两人关系更加紧张。小吕被证实是军统派来的卧底。彭登科和王新语都受到了牵连。彭登科知道自己被小吕蒙骗，第一次感觉到了革命的复杂性和残酷性，也认识到了自己误解了严冬山，后悔不已。经过苏贞的开导，彭登科找严冬山道歉，表示自己想跟苏贞一起去延安。

第二天，苏贞等青年奔赴延安，开车时，彭登科才赶到，两人深情诀别。倪蓓让彭登科陪自己去找人给关文波带信，一路奔波，还摔破了崭新的棉裤。彭登科找来地图，动员王新语跟自己一起去延安。临走前，用自己的西装换了条棉裤给倪蓓做礼物，谢谢倪蓓对自己的照顾。倪蓓得知彭登科和王新语擅自出走，急忙赶到白水渡码头找人，已不见二人的踪影。

在神父莫林的帮助下，彭登科和王新语顺利通过了白水渡码头。严冬山带领倪蓓等一批新生到延安，大家才发现严冬山和许大姐原是夫妻。严冬山嘱咐学生队队长纪长江帮忙去清凉岗打探彭登科和王新语的下落，众人商量将彭登科私自出走的事情先瞒着苏贞。苏贞期盼着彭登科的到来，倪蓓安慰苏贞，苏贞担心彭登科不达目的不会罢休的个性，肯定会追到延安来，生怕他出事。

秦春对彭登科的摄像机很感兴趣，她告诉贺老七，自己想学拍电影，想找彭登科教自己使用摄像机。初到延安，后勤部门发下棉花，让新来的学生自己织布换军装。许大姐和苏贞谈心，说起自己和严冬山的孩子不幸牺牲的往事，苏贞深受感动。受许大姐故事的启发，苏贞想到给彭登科做军服，但四处找不到棉花。贺老七从彭登科王新语身上榨不出油水，动心思嫁祸二人是汉奸，准备杀了二人向上司邀功。

秦春支开士兵，掩护彭王出逃。彭登科准备烧草垛策应秦春时，陈副官带着贺老七回来。彭登科怕被贺老七一网打尽，放弃点火，撇下秦春，自己和王新语逃走。路上，王新语追问彭登科和秦春事，彭登科敷衍，王新语质疑彭登科是不是和秦春有暧昧关系，彭登科怒斥，告诉王新语自己和秦春是清白的。苏贞的旗袍被分队长看见，分队长批评她小资情调，苏贞无奈说出旗袍陪着自己渡过了生死时刻，是她和彭登科的感情见证。

被任命为边保处副处长的严冬山与周处长以及肖司令等领导开会，严冬山向肖司令汇报检测到了日本人的秘密电台以及发现日本侦察机的事。彭登们终于和苏贞再次重逢，两人兴奋不已。苏贞带彭登科参观延安，彭登科告诉苏贞自己和王新语是自已来的延安，苏贞很是惊讶。但彭登科没有把被贺老七抓获的事实告诉苏贞。王新语、倪蓓、彭登科、苏贞四人在医院重聚，王新语为炫耀，无意说出了秦春的名字，这让苏贞产生了疑惑。

　彭登科想找刘换成要牛奶冲咖啡，刘换成告诉彭登科牛奶奇缺。彭登科只得到十几里外的王家铺找老乡购买。与此同时，严冬山监测到神秘电波在王家铺一带出现。严冬山从老乡处了解到彭登科来过王家埔，彭登科受到了怀疑。彭登科在野外渚上咖啡急着来找苏贞，彭登科拉着苏贞跑到大山深处，终于补上了在北平的咖啡之约，苏贞深受感动，两人深情的拥抱在了一起。彭登科给苏贞泡上了咖啡，苏贞回送了一件自制的军衣。

彭登科责怪王新语不信守二人的约定，王新语质疑彭登科和秦春的单独相处，二人动手打了起来。苏贞来找彭登科，问他秦春的事，彭登科没有正面回答。彭登科不肯写出材料，纪队长不让彭登科参加训练，二人争执。彭登科掰断铅笔，撕碎纸张，纪队长十分心疼，骂彭登科是个城里来的少爷坯子。日本人可能要空袭延安的消息已经传开。严冬山和周处长交流对学生的看法，严冬山表明了自己对彭王二人的信任，但周处长觉得他是偏袒学生。

严冬山建议纪队长对学生的态度温和一些，应该多讲究方式和方法。纪队长表示自己带不了这些学生娃，想回部队去打仗。方义将自己和倪蓓的故事告诉了严冬山，表达了自己对倪蓓的爱意。临别前，方义告诉严冬山，倪蓓有男友了，严冬山很是奇怪。许大姐去找倪蓓打探究竟，得知是彭登科假冒倪蓓的男友，也知道了倪蓓对彭登科有好感。彭登科开始军训，热情很高。彭登科不听苏贞话，穿上军衣，王新语不明白为什么只有彭登科有军衣。

严冬山责问王新语事件的经过，王新语不仅说出了军装事，并提起秦春其人，引起在场的程部长的警觉。他告诉大家，秦春刚杀过我们八路军的通讯员，众人十分震惊。严冬山找到彭登科，当场没收了苏贞给他做的军装。此时程部长看了彭登科所有的材料，因为彭登科始终都没有交代清楚秦春为何救自己，程部长认为彭登科很有可能是在和贺老七上演一出“捉放曹”的好戏。彭登科再次受到了组织的调查。

彭登科找小猴子示好，小猴子不理睬彭登科，彭登科给小猴子雕了个木猴子。尽管严冬山替彭登科说话，但程部长还是觉得彭登科不适合呆在延安，建议将其派往晋察冀边区。苏贞找严冬山替彭登科说情，苏贞表示即使彭登科会犯很多错误，但自己绝对相信他不会背叛组织，出卖原则。严冬山告诉彭登科，他被分配到晋察冀去了。苏贞和彭登科依依不舍。苏贞向许大姐请缨去晋察冀，被许大姐拦下。此时彭登科却偷走了纪队长的枪，不辞而别。

彭登科和苏贞亲眼目睹了郑大龙的神勇，深感敬佩。因为药品十分紧张，郑大龙做手术坚持拒绝用麻药，把仅有的两支麻药留给其受伤的战士。苏贞等人陪他说话，分散他的注意力。取出弹片的时候，郑大龙晕阕，苏贞对郑大龙更加敬佩。程部长从外地回来，得知了彭登科私自偷枪去找秦春的事情，要求对彭登科要奖罚分明，尽管他这次表现英勇，救出了保育院的孩子，但也不能掩盖之前的错误。

小燕子因为之前郑大龙把自己和母亲留在家乡，母亲被杀害，又不常去看她，对郑大龙心存芥蒂，始终不肯喊郑大龙一声爸爸。苏贞和倪蓓教小燕子唱歌，启发父女之情，小燕子终于跟郑大龙亲近，众人被这一幕感动。彭登科正在禁闭室读《论持久战》，肖司令亲自来禁闭室给他颁发记功证书。彭登科告诉肖司令，自己之所以要留在延安是要用实际行动证明自己，并斗胆向肖司令请求能让他去抗大学习。肖司令答应先了解情况后再说。

苏贞将彭登科送给自己的咖啡罐珍藏起来，并告诉彭登科自己要去看小燕子，彭登科看苏贞对小燕子如此上心，对自己的感情有所漠视，并没表示反对，但有不悦。苏贞去找郑大龙，“教育”郑大龙应该定期跟女儿交流感情，郑大龙欣然接受。王新语开始潜心创作根据大轰炸而编写的独幕剧。苏贞将郑大龙的经历告诉彭登科，特别是郑大龙的妻子韩月娥牺牲的故事，引起了彭登科的同情。彭登科主动要求周末一起去看小燕子。

彭登科想从贺天柱的母亲贺大娘处了解到地主账簿等问题，却被贺天柱从家中赶出。彭登科责备乡亲觉悟低，纪队长教育彭登科。彭登科以自己的建筑知识，建造了工作组的居住地，被纪队长表扬。彭登科和小猴子发现贺天柱往外运粮，想抓贺天柱与贺世才当面对质，但贺世才从中挑拨，彭登科与乡亲发生正面冲突。纪队长及时赶到解围，纪队长的下跪举动感动了众乡亲。苏贞到达工作组，她告诉彭登科，她不会放弃他们之间的感情。

彭登科、苏贞帮贺大娘纺线做家务，得知贺世才与贺宝善关系，并得知此处离贺老七管辖区接壤，贺世才与贺老七走得很近。苏贞和纪队长推断，贺世才同贺老七有勾结。彭登科、苏贞等人彻夜清帐，苏贞想到用概率学跟贺宝善去交涉。贺宝善提醒贺世才不要和贺老七来往，以免坏了自己的名声，贺世才假装应承下来。彭登科晚上独自找贺宝善，把已经清理的账簿给他看，并晓之以理，动之以情。

贺世才找贺老七归还挪用的银票，众人密谋应对之策，被秦春无意听见彭登科驻扎在贺家堡。纪队长要去县里汇报，临行吩咐彭登科和苏贞保护好贺宝善，不要出任何差错，千万不能离开贺宝善。贺老七告诉秦春，自己要抓彭登科回来跟她对质当年逃跑事件。秦春在莫林祖父的帮助下摆脱贺老七的监控，独自去找彭登科。贺老七带领部队去杀贺宝善，并设计栽赃给彭登科。

一场恶战，纪队长从陈副官手里救下了彭登科和苏贞。此时贺老七的主力部队赶到，纪队长为掩护众人撤离，自己带一小组人顽强抵抗，最后英勇牺牲。郑大龙的独立团赶到，贺老七部队被击败，贺老七狼狈逃窜。战斗结束后，严冬山也赶来同郑大龙一起为纪队长送别。在纪队长坟前，郑大龙、严冬山分别说出了纪队长的身世和常头痛的秘密，彭登科、苏贞因自己的疏忽最终造成纪队长的牺牲而深深自责。

苏贞见小窝棚的衣服上有洞，将以前给彭登科做的军装借给小窝棚穿，希望彭登科能看见军衣想起她。小窝棚看郑大龙衣服破旧，就把军衣让给郑大龙穿。郑大龙穿着军装向记者团作报告，无意被彭登科看到，彭登科认出那是苏贞做给自己的军装，内心五味杂陈，难以言表。众人带领记者团参观，彭登科有意跟苏贞保持距离。混在记者团里的国民党特务有意向女学生提出了男女感情问题，苏贞站出来回答，表示革命和感情并不矛盾。

王新语给苏贞写情诗，苏贞批评他，并让他死心。许大姐匆匆赶来告诉苏贞小燕子走失，众人四处寻找，毫无踪影。彭登科和小猴子等人押着佐藤回延安，一路上彭登科操着熟练的日语涉险过关。彭登科隐约在路边村庄看见了小燕子，他来不及通知苏贞，只好写了封信，让小猴子送给苏贞，自己继续执行任务。小猴子给苏贞送信，被王新语认为是情书而私自截留。严冬山决定利用佐藤提供的信息近期就派人去北平买通讯设备。

在秋山镇，彭登科和苏贞装扮成了上海的时髦男女，同住一间房间，很是尴尬。彭苏二人与地下党老黑接上头，不料老黑暴露并牺牲。两人摆脱了特务的追捕，被小猴子及时救下。小猴子是受郑团长之托给苏贞送香囊的，这让苏贞感觉有些尴尬。倪蓓和方义无意中目睹了小猴子被国军士兵追杀，方义阻止倪蓓前去救援，倪蓓十分生气，鄙视方义的懦弱。小猴子英勇牺牲，倪蓓悲痛地将小猴子的木刻摘下带回。

苏贞和方义在去北平的火车上谈及倪蓓，苏贞知道了方义对倪蓓的一片深情，并了解到倪蓓一直对方义心存芥蒂。她劝方义，等倪蓓知道了他的真实身份后，肯定会消除误解，爱上他的。北平彭家，彭祖康告诉彭禄达收到彭登科电报，要带着妻子苏贞回北平。彭祖康高兴儿子归家，彭禄达却提醒父亲要小心。北平车站，彭禄达接到彭登科和苏贞。家人重逢，倍感亲切。彭苏二人在房间整理思绪。

苏贞和彭禄达回家探望苏方平，苏方平希望彭登科好好照看苏贞，并早些为他生个孙子。两人为不能告诉苏父真相感到落寞。方义与关文波成功接头，此时的关文波，公开身份已经成为广和楼的关经理。彭登科去日清商社找父亲谈生意，向彭祖康出示购货清单，彭祖康一看都是违禁物品，一口拒绝。苏贞在广和楼与方义碰面，关文波建议行动要速战速决，以免后患。彭登科埋怨父兄犹豫，苏贞让彭登科不要操之过急。

彭登科和彭禄达在酒吧，因冈村挑衅与之发生了激烈争执，彭禄达无意发现彭登科枪法很好，更加怀疑彭登科和苏贞的身份。彭祖康给彭登科2万美金，要彭登科婚后去国外留学，彭登科却只要设备。苏贞怕彭登科心急，阻止彭登科说出实情。彭登科破釜沉舟，跟彭禄达分析形势，告诉他日本人快完蛋了，给自己留条后路。彭登科感慨激昂的一番讲话，对彭禄达和彭祖康触动不小。关文波劝苏贞不要对身边的人要求太严苛，往往忽视了他们的优秀。

刘换成终于从佐藤处探得消息，他将自己的分析用电报发给小野。小野得到电报，让人盯紧彭登科和苏贞。彭禄达提醒彭登科：情况有变，要注意安全。婚礼上，彭登科为了能脱身和方义碰头，假装醉酒，实则从饭店窗口钻了出去，临行前和苏贞拥吻，两人生离死别。苏贞故意穿上小野送的日本和服，邀请小野一起为大家跳日本折扇舞，以拖延时间，掩人耳目。在交接设备的过程中，方义被冈村抓住，彭登科赶到，杀死冈村救下方义。

彭登科和苏贞带着设备过国民党的关卡，频频被国民党守军为难，最终是方义的箱子让两人脱险，两人唏嘘不已。倪蓓高兴地来见回来的彭登科和苏贞，却得知方义去世的消息，晕倒在地。方义的遗物寄托着方义对倪蓓的思念。苏贞对倪蓓说起了自己在火车上和方义的谈话，倪蓓知道了方义对自己的感情，也明白了自己一直对方义的误会，不禁大哭起来，伤心欲绝。彭登科和苏贞遇到了一直寻找小燕子的王新语，他对小燕子的事情仍在自责。

严冬山和彭登科一起研究潜伏的电台，两人想出计谋引出敌人。苏贞来找彭登科，遇到王新语，王新语说出自己一直自卑的心理。彭登科彻夜在医院陪伴倪蓓。苏贞来看倪蓓，彭登科和苏贞都能感觉彼此越来越遥远。秦春和小燕子相处融洽。秦春察觉到了小燕子的真实身份。许大姐找彭登科聊他和苏贞的事情，彭登科将自己的心意告诉了许大姐，表示自己既然答应了方义，就要好好照顾倪蓓，苏贞一定能理解自己。

彭登科向严冬山递交了要和倪蓓结婚的报告，众人诧异。苏贞找到郑大龙，要求跟他一起上前线，郑大龙只好答应。倪蓓得知了彭登科提出要跟自己结婚的决定，无法接受，她苦劝彭登科去把苏贞找回来。她还写信告诉苏贞，彭登科对她一直都念念不忘，她不会接受彭登科的感情，那不过是一种怜悯和同情。彭登科为医院盖好了崭新的窑洞，受到大家的赞扬，此时的彭登科意气风发。

小窝棚把彭登科与倪蓓结婚的风传告诉了郑大龙，并力劝团长向苏贞求爱。彭登科也下到救护队，主动配合倪蓓的工作，一起来到了前线郑大龙部队。贺老七无意知道了小燕子的身世，另一个计谋在他心里产生。秦春找人给彭登科和王新语送信，让他们来救小燕子回去。苏贞为郑大龙缝补衣服，郑大龙腰疼的毛病犯了，苏贞帮他按腰。郑大龙告诉苏贞，彭登科和倪蓓带着救护队要来前线，而且两人好像已经结婚，他向苏贞表白了自己的心意。

日本人和贺老七部队中了郑大龙和彭登科设的圈套，郑大龙叫小窝棚赶紧发信号弹合围，而小窝棚却已牺牲，苏贞终于找到了他的身上的信号枪，发出了信号弹，埋伏在山两侧的八路军冲下合围，日军和伪军溃不成军。冲锋中，郑大龙却不幸中弹牺牲。郑大龙的阵亡鼓舞了大家的士气，一鼓作气击退了日本人。贺老七逃跑，临走前想杀死小燕子，被及时赶到的王新语拦住。关键时候，秦春拔枪杀死贺老七，救下小燕子。秦春也被贺老七打死。

50年代，彭登科在朝鲜战场等待苏贞到来，准备结婚，却得到了苏贞乘坐的飞机失事的消息，彭登科以为苏贞牺牲，悲痛不已。90年代，彭登科的妻子去世，小燕子前来找他，才知苏贞当年并未在那场空难里牺牲，只是受了重伤送到苏联去救治了。三四年过去了，当苏贞回来时，此时彭登科已成家，她后来就去外事部门工作了，终身未嫁。彭登科老泪纵横。