故事發生在1960年，河南省林縣干旱少雨，地處崇山峻嶺之間，當地村民要翻山越嶺去山澗打水，所以流傳了“一輩子只洗三次臉”的傳說，水兒姑娘挑著一擔水艱難走在山間小路上。紅旗渠工程股技術員吳祖太和同事劉洪亮在山上實地勘測，他們望著光禿禿的崇山峻嶺，心里說不出的感慨。
同事急匆匆來通知吳祖太，紅旗渠工程現場出事了，他們趕忙收起設備往回趕，迎面碰上挑水的水兒，水兒主動讓他們喝點水，吳祖太嘴唇干裂出血，可他根本顧不上，就急匆匆趕去現場。林縣縣委書記吳貴通過喇叭向村民們發出倡議，號召大家幫忙修紅旗渠，就能徹底改變村里缺水的情況。
眼看就到家門口了，水兒累得精疲力盡，不小心腳下一滑摔倒在地，肩上的兩桶水全部打翻在地，水兒很心疼，趴在地上嚎啕大哭，母親聞訊趕來，用嘴一口口搶地上的水，還不停地埋怨水兒。
吳祖太發現鄉親們挖錯了三米，趕忙過來制止他們，因為八千米的水渠只有六米的落差，而且全在半山腰，一旦出現任何失誤，水就引不進來，吳祖太也急得一籌莫展。吳貴聽說吳祖太的妻子要來這里，就讓王村長多準備點水招待她，吳祖太承諾會盡快想辦法，吳貴緊緊拉住他的手不放。
劉洪亮忍不住向吳祖太大吐苦水，吳祖太當即決定去現場盯著，如果挖不通水渠他就不下山。吳祖太帶著村民們挖山鑿石，王村長全力配合他的工作。劉洪亮帶來一個噩耗，吳祖太的妻子在半路上遇到車禍不幸去世了，吳祖太傷心欲絕，他一一翻看妻子遺物，睹物思人，他心如刀絞。
吳祖太迷迷糊糊醒來，看到村民們全體出動，正在爭分奪秒挖渠，他強忍心中悲痛加入其中，吳祖太沒日沒夜挖渠，測量，用工作緩解心中的悲痛。吳祖太在半山腰測量完畢，讓劉洪亮把他拉上去，劉洪亮因為體力不支脫手，眼看吳祖太就要墜落山崖，劉洪亮把繩綁在自己身體，把吳祖太拉上來。
經過吳祖太等人和村民的不懈努力，終于挖通了水渠，吳祖太因為勞累過度突然昏迷，恍惚間看到妻子站在眼前，吳祖太再次醒來又進入水渠，突然發生坍塌事故，吳祖太被埋進去，獻出了年僅27歲的生命。
紅旗渠工程歷時近十年，完成總干線全長70多公里，共削平1250座山頭，架設151座渡槽，開鑿211個隧洞，被稱為“人工天河”，在紅旗渠修建過程中，先后有81位干部和群眾獻出了生命，吳祖太就是其中之一。
