1955年的上海，中華人民共和國成立之初，各行各業都百廢待興，憲法也剛剛頒發實施，中華大地正在經歷著大變革。
許靜芝是上海大學醫學院的學生，她不顧母親的阻攔，跳窗逃出去看演出，路上遇到宣傳憲法的游行隊伍，她只好把自行車停在路邊，乘公交車趕往劇場。等她急匆匆趕到的時候，才知道是一場不對外的專場演出，可是劇場里空無一人，許靜芝坐下來，演出正式開始，舞臺上是小朋友的表演，畫外音是林凡清召喚她一起去新疆大草原開創一番事業，許靜芝趕忙跑到后臺找林凡清興師問罪，林凡清是她的男朋友，是上海大學畜牧專業的大學生，許靜芝堅信自己的事業在上海，并當面拒絕了林凡清的邀請，林凡清百般解釋因為邵教授病重，他必須去繼承那份未完成的事業，而且他已經買了兩張后天去新疆的車票，他會在車站等許靜芝的到來，許靜芝拿過車票，猶如是給自己下達的最后通牒，許靜芝當場把車票撕得粉碎，許靜芝的好朋友鄭君也只能眼睜睜看著兩個人不歡而散。
林凡清明明知道許靜芝不會出現，可還是心懷幻想，直到最后一刻他才檢票進站。許靜芝來找家里找林凡清的時候，得知他提前一天登上了去蘭州的火車，然后再輾轉趕往新疆，許靜芝急忙去追他。與此同時，林凡清被好朋友鄭君強行拉下來，勸他不要沖動，可是林凡清還是一意孤行，許靜芝來到車站的時候，火車已經開走了，站臺上只剩下鄭君孤零零一個人，許靜芝趕忙去劇場找那張車票，已經被自己撕得粉碎，許靜芝追悔莫及。
母親很不舍得，可是還是幫她把車票一點一點粘好，鄭君送許靜芝去車站，許靜芝逼他和自己一起去新疆，不但沒收了他的琴，還事先給他父母寫了一封告別信，許靜芝信誓旦旦聲明，一旦找到林凡清，三個人一起回上海，鄭君被逼無奈，只好和她一起上車。
林凡清在蘭州下火車，是私自去建設兵團，無法搭乘拉知情的車，他輾轉找到運輸軍用物資的車，想搭車去兵團，卻遭到押車的齊懷正強烈反對，林凡清毫不氣餒，他拼命追趕軍車，齊懷正被他的堅持和執著打動，只好讓他上車。
李國祥團長負責來接支邊的大學生，許靜芝不小心撞灑了他的飯菜，李國祥不由地愣在原地，他立刻叫住許靜芝，得知她也是學醫的，李國祥更加證實了自己的判斷，許靜芝和自己亡妻艾潔長得一模一樣，許靜芝發現李國祥總是盯著她看，就忍不住詢問，李國祥不知道怎么回答，趕忙借口打水逃開，李國祥越想越難過，忍不住躲在角落里低聲哭泣，老向發現他這樣，趕忙過來勸慰，老向看到許靜芝，也嚇得目瞪口呆，她和艾潔長得太像了，難怪李國祥這么難過。
車子行到半路，齊懷正的貨車突然陷進去，他強忍傷痛下來推車，導致傷口再次出血，林凡清很詫異。車隊很快來到衛生所，齊懷正強行把林凡清趕出去，林凡清向司機打聽才知道，齊懷正是孤膽戰斗英雄，導致他的隱私部位不幸受傷，前幾天剛在蘭州接受手術，醫生檢查發現齊懷正的傷口裂開，必須留下來一個星期治療，司機把他和林凡清留在市衛生所，馬不停蹄趕回兵團。齊懷正不想在此地耽誤，就和林凡清商量第二天攔車回兵團。兩個人正好攔住李國祥護送知情的車，許靜芝他們坐在車廂里，不知道林凡清搭上他們的車。
夜里，車隊休整，許靜芝和林凡清他們都下車休息吃飯，兩個人因為毫不知情再次錯過，齊懷正想讓林凡清去師部，可他堅持要去科克蘭木實驗基地找邵教授。李國祥發現許靜芝睡著了，就把自己的大衣蓋在她身上。第二天一早，許靜芝和小豆子方便回來，發現車隊已經出發了，她們倆掉隊了，不料遇到土匪。
許靜芝和吳小豆拼命奔逃，很快就被土匪騎馬追上。與此同時，李國祥得知許靜芝和吳小豆沒有歸隊，立刻帶人四處尋找，發現她們倆被土匪團團圍住，李國祥讓戰士們做好戰斗準備，齊懷正得知這個消息，也主動來參戰，他們很快把土匪打跑，救出許靜芝和吳小豆，李國祥氣得對她們倆大發雷霆，鄭君來保護許靜芝，被戰士們抓了回去。
車隊繼續趕路，輾轉來到建設兵團，齊懷正把林凡清擅自拉到師部，并向師長大力推薦他，市長覺得林凡清是不可多得的人才，想留他在農場，可林凡清堅持要去找邵教授，齊懷正無奈，只好派車把他送走。與此同時，李國祥也來師部報道，師長調他去柳家湖農場做場長。
林凡清到畜牧局打聽邵教授的試驗站，可是大家都不知道，林凡清大失所望，李國祥開車送許靜芝和吳小豆去兵團，又一次和林凡清擦肩而過。師長派齊懷正去農場任廠長，齊懷正趕忙找車去追林凡清。
林凡清和許靜芝一安頓下來，就給彼此寫信，傾訴相思之情，林凡清想在趙嶺大展宏圖，許靜芝踏在片荒漠上，奉命能感受到林凡清的氣息，可是就是見不到他，許靜芝拜托李國祥幫忙找林凡清，李國祥想忙完這幾天就陪她一起去找，可許靜芝一天也等不了，李國祥答應明天給她派專車去找，再聯系下面的農場一起尋找。此時，林凡清想買一張去科克蘭木的車票，卻被齊懷正攔住，他答應拉林凡清去科克蘭木，林凡清被一望無垠的草原和雪山美景深深打動，情不自禁對著藍天白云歡呼，他的舉動被牧民邵紅柳看在眼里，主動上來和林凡清打招呼。
鄭君指責浪費錢太自私，苦苦規勸許靜芝趁早放棄，因為新疆太大了，找一個人如同大海撈針，可是許靜芝發誓不找到林凡清，絕不離開新疆，她想去自治區畜牧局打聽邵教授，說不定就能找到林凡清。
齊懷正把林凡清拉到沙門子農場，當他得知這里不是科克蘭木的時候，賭氣離開了，齊懷正斷定他走不出茫茫草原，就一直尾隨其后，林凡清不想言而無信，一心想去繼承老實未完成的事業，齊懷正讓他幫忙把羊群重新檢查一遍，再建好羊圈，就帶林凡清去科克蘭木。許靜芝從畜牧局打聽到林凡清來過這里，她的信心倍增，立刻和鄭君坐車趕往科克蘭木，可是林凡清根本就沒有來過，許靜芝再次灰心，一天也呆不下去了，鄭君趁機勸她早點回上海。
許靜芝和鄭君一起去車站買票，許靜芝因為低血糖暈倒在地，鄭君把她送到醫院，許靜芝考慮再三決定留下來，鄭君氣得大呼小叫，發誓一定要找到林凡清。林凡清很快完成自己的任務，催齊懷正帶他去科克蘭木，沒想到齊懷正真的翻臉不認賬，林凡清賭氣要自己騎馬去，可是他根本不會騎。
鄭君已經給許靜芝買了一張回上海的車票，李國祥得知許靜芝已經離開，氣得和鄭君大發雷霆，譴責他的做法就是無組織無紀律，鄭君和他據理力爭，李國祥威逼利誘，竟然把他安排到沙門子農場鍛煉，鄭君氣得百口莫辯。李國祥派司機把許靜芝接回來，謊稱林凡清已經有消息了，許靜芝信以為真，高高興興和他一起回去，李國祥只好編出各種理由挽留她，并承諾忙完這兩天就帶她去找，許靜芝沒想到李國祥也能騙她。
鄭君被逼無奈坐馬車去沙門子農場報道，他一路上都郁郁寡歡地一言不發，趕車的女孩自稱是齊懷正的未婚妻楊月亮，她主動和鄭君打招呼，鄭君氣不打一處來，兩個人開始唇槍舌戰爭執不休，鄭君很快被一眼望不到邊的大牧場吸引，情不自禁跳下車歡呼雀躍，楊月亮也忍不住吭高歌，鄭君被她的歌聲打動，不由地和她對歌了一曲，兩個人一路歡歌笑語趕路，正軍突然發現騎馬路過的林凡清。
鄭君和林凡清再次重逢，都不由地大喜過望，鄭君突然想起來是和許靜芝一起來新疆，可是她因為水土不服生病現在已經返回上海，林凡清氣得對鄭君拳打腳踢，楊月亮趕忙過來勸阻，還埋怨鄭君窩囊，讓他起來反抗，鄭君百般解釋這一路上的艱辛，然后賭氣和楊月亮先走了。
楊月亮拉鄭君來到農場報道，齊懷正正帶領大家修葺羊圈，兩個人久別重逢，激動地說不出話來，沒想到楊月亮是來和他成親的，同志們圍過來看熱鬧起哄，鄭君拿來李國祥的介紹信，齊懷正安排他做農場的技術員。
楊月亮想盡快和齊懷正結婚，可是他有難言之隱，只能百般推諉，楊月亮從小就認定自己是齊懷正的人，而且還精心照顧他的父母，這讓齊懷正更加苦不堪言，他很清楚自己不能給楊月亮幸福，只好婉言謝絕了，楊月亮倍感失落。鄭君蹲在羊圈上發呆，林凡清上來看他，鄭君提醒他把許靜芝找回來，可他覺得和許靜芝的意見不合，不想勉強她，就借口要給羊配種離開了，鄭君氣得破口大罵。與此同時，向干事夫人周慧勸許靜芝安心留在兵團，不要怪罪李國祥。
炊事員干棒給許靜芝送來飯菜，突然站立不穩差點摔倒，許靜芝檢查發現他也是低血糖，立刻來向李國祥匯報，提議給每個職工都做一次全面體檢，李國祥覺得艱苦奮斗是一直以來的好傳統，許靜芝和他據理力爭，李國祥很自責，立刻讓向干事安排農場的同志們進行體檢，還特意派人給許靜芝燉雞湯補養身體。
周慧配合許靜芝給同志們做完體檢，結果很糟糕，只有一少半的人身體是健康的，其他不適低血糖，就是肺結核和胃病，許靜芝提議盡快安排他們治病，這讓李國祥很揪心，可是生產任務太重了，一時找不到那么多的勞動力，李國祥一心只想盡快完成上級下達的任務，想讓大家向戰士一樣努力克服，許靜芝氣得火冒三丈，譴責他不尊重生命，然后一氣之下奪門而走。周慧急忙追過來安慰她，勸她留在新疆為大家治病，可是許靜芝一心想回到上海，周慧對她曉之以理動之以情。
就在這時，李國祥帶向干事一起來給許靜芝送來雞湯，真誠地向許靜芝賠禮道歉，許靜芝反復聲明自己不是團里的人，把手頭的事情忙完就趕回上海了，李國祥誠懇地向她請教，怎么提高同志們的身體素質，許靜芝提議給大家增加營養，李國祥當場決定去農場拉羊，保證大家每月能喝三次羊湯。
鄭君很快適應了農場的生活，他每天樂樂呵呵，哼著小曲，林凡清卻是滿臉愁容，他心里一直惦記著許靜芝，反復向鄭君確認他們是怎么打聽自己的，鄭君不勝其煩，索性不再理他，林凡清故意彈琴，唱著跑調的歌曲來折磨鄭君，鄭君只好再說一遍說明其中詳情。他們突然聽到楊月亮在門外大哭不止，鄭君趕忙過去勸慰，楊月亮讓他陪自己說會話，鄭君只好坐下來，楊月亮向他訴苦，鄭君缺德齊懷正說的沒錯，新社會不提倡娃娃親，楊月亮氣得大發雷霆，要攆他走，鄭君剛想走，楊月亮又把他叫回來，鄭君給她講述感情的真諦，可楊月亮始終想不明白，鄭君還教她主動去和齊懷正親熱。