1948年，國(guó)民黨反動(dòng)派把抓來(lái)的共產(chǎn)黨員關(guān)在重慶渣滓洞監(jiān)獄，小男孩浦小路也被關(guān)在這里，監(jiān)獄里暗無(wú)天日，常年看不到陽(yáng)光。共產(chǎn)黨員何敬平寫(xiě)了一首詩(shī)，一字一字教給浦小路，還教他寫(xiě)出來(lái)。
游行隊(duì)伍從渣滓洞外經(jīng)過(guò)，他們高喊“延安”，何敬平猜到延安收復(fù)了，他激動(dòng)地跳起來(lái)，渣滓洞的共產(chǎn)黨員們開(kāi)心地歡呼雀躍，一起高喊“延安”。渣滓洞監(jiān)獄長(zhǎng)徐磊大發(fā)雷霆，下著大雨把監(jiān)獄里的共產(chǎn)黨員全部拉出來(lái)，苦苦逼問(wèn)消息的來(lái)源，大家避而不答，徐磊下令把浦小路抓起來(lái)，何敬平等人和獄警大打出手，怎奈勢(shì)單力薄，也沒(méi)有救出浦小路。何敬平號(hào)召大家一起抗議，強(qiáng)烈要求釋放浦小路，被獄警拳打腳踢趕回監(jiān)室。
徐磊逼浦小路喝奶，想從他口中問(wèn)出這個(gè)消息的來(lái)源，浦小路拒不喝奶，他自稱父母雙亡，是一個(gè)好孩子，不知道犯了什么罪被關(guān)在這里，他要自由，徐磊對(duì)他威逼利誘，只要他說(shuō)出那個(gè)人，就答應(yīng)讓他天天喝牛奶吃面包，浦小路不為所動(dòng)，只是不停地重復(fù)著那幾句話，徐磊氣得暴跳如雷。
何敬平和同伴連夜找了一個(gè)逃跑的出口，他們想帶著浦小路一起逃出渣滓洞。第二天一早，獄警把浦小路送回監(jiān)室，浦小路被打得遍體鱗傷昏死過(guò)去，何敬平緊緊抱著他，心疼地?zé)o以復(fù)加，何敬平祈禱浦小路盡快蘇醒過(guò)來(lái)，等戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束讓他還好讀書(shū)，浦小路迷迷糊糊睜開(kāi)眼睛，何敬平拿出那首“把牢底坐穿”的詩(shī)讀起來(lái)，浦小路掙扎著跟讀。
經(jīng)過(guò)何敬平等人的細(xì)心照顧，浦小路漸漸康復(fù)，何敬平帶著浦小路鍛煉身體，學(xué)認(rèn)字，浦小路學(xué)得很認(rèn)真。1949年10月1日，中華人名共和國(guó)成立，何敬平叫浦小路寫(xiě)中國(guó)的全稱，外面?zhèn)鱽?lái)消息，組織上這幾天要對(duì)渣滓洞的同志武裝營(yíng)救，大家欣喜若狂，浦小路更是開(kāi)心地合不攏嘴，盼著早點(diǎn)出去上學(xué)。
就在大家翹首期盼解放軍來(lái)營(yíng)救的時(shí)候，渣滓洞里突然來(lái)了一大批國(guó)民黨士兵，徐磊接到上級(jí)指示，要在半夜十二點(diǎn)之前把渣滓洞的共產(chǎn)黨員全部處決，何敬平緊緊抱著浦小路，叮囑他找機(jī)會(huì)逃出去找共產(chǎn)黨。
徐磊親自帶國(guó)民黨士兵來(lái)監(jiān)督執(zhí)行，每個(gè)監(jiān)室門(mén)口站了一個(gè)荷槍實(shí)彈的劊子手，大家肩并肩站了一排，把浦小路藏在最里面，徐磊一聲令下，劊子手對(duì)監(jiān)室進(jìn)行瘋狂掃射，何敬平等人先后被打死，在墻角的浦小路也沒(méi)能幸免。
1952年，西南軍區(qū)某師成立掃盲班，文化干事祁建華奉命師部報(bào)到，師長(zhǎng)正在訓(xùn)斥戰(zhàn)功赫赫的排長(zhǎng)苗石，苗石對(duì)讀書(shū)認(rèn)字很不屑，一心就想去朝鮮戰(zhàn)場(chǎng)打仗，師長(zhǎng)給他下了死命令，如果不拿到掃盲班餓畢業(yè)證，就別想上戰(zhàn)場(chǎng)，師長(zhǎng)讓祁建華做掃盲班的老師，祁建華信心滿滿，保證幫苗石脫盲。
祁建華第一天上課，苗石聽(tīng)不懂，就在下面說(shuō)風(fēng)涼話，聲稱上陣打仗才是硬道理，他不想學(xué)這些，祁建華耐著性子上完第一節(jié)課。祁建華打聽(tīng)到苗石愛(ài)聽(tīng)評(píng)書(shū)，苗石以為他在打小報(bào)告，求祁建華給他開(kāi)畢業(yè)證，祁建華堅(jiān)決不弄虛作假，苗石氣得無(wú)語(yǔ)。
祁建華投其所好講了“三十六計(jì)”，他講得繪聲繪色，苗石很感興趣，課后還主動(dòng)向祁建華借書(shū)，祁建華堅(jiān)持要一字一句教會(huì)他，還給他制定了每天十五個(gè)字的學(xué)習(xí)任務(wù)，苗石認(rèn)真地學(xué)，可他始終不得要領(lǐng)，祁建華還定期進(jìn)行考核，借此激發(fā)苗石的學(xué)習(xí)積極性。
祁建華把成績(jī)單公示出去，苗石排名最后，他一氣之下把成績(jī)單撕得粉碎，還打了祁建華一頓，師長(zhǎng)罰苗石關(guān)禁閉，祁建華覺(jué)得不能硬逼著苗石學(xué)習(xí)，應(yīng)該讓他主動(dòng)要求。一周時(shí)間很快過(guò)去了，祁建華親自來(lái)禁閉室接苗石，并且轉(zhuǎn)達(dá)了師長(zhǎng)的命令，如果苗石不能能掃盲班畢業(yè)，就要脫下軍裝離開(kāi)部隊(duì)，苗石頓時(shí)傻眼了。
祁建華給苗石的任務(wù)就是寫(xiě)一封自愿入朝作戰(zhàn)的申請(qǐng)書(shū)，苗石覺(jué)得比登天還難，祁建華鼓勵(lì)他拿出前線作戰(zhàn)的勁頭學(xué)習(xí)，苗石深受鼓舞，他拿來(lái)自己的軍功章，發(fā)誓絕不做逃兵，求祁建華幫他脫盲，祁建華拿出自己整理的“速成識(shí)字法”，一字一句教苗石。
轉(zhuǎn)眼一個(gè)月時(shí)間過(guò)去了，苗石已經(jīng)學(xué)會(huì)了三千多個(gè)字，他和掃盲班的戰(zhàn)友們一起考試，師長(zhǎng)親自來(lái)考場(chǎng)視察，對(duì)祁建華的“速成識(shí)字法”贊不絕口。十年后，祁建華來(lái)到四川某地，無(wú)意中看到苗石在給孩子們掃盲，他和苗石四目相對(duì)，露出欣慰的笑容。
1955年，一種脊灰病毒引起的急性傳染病突然爆發(fā)，孩童一旦感染，輕則癱瘓，重則死亡，霎時(shí)間，這種傳染病給數(shù)以萬(wàn)計(jì)的家庭帶來(lái)滅頂之災(zāi)。一個(gè)叫阿楚的廣西小男孩感染脊灰病毒，他被父母關(guān)在家里，不許他和外界接觸，他只能透過(guò)窗戶感受溫暖的陽(yáng)光，父親還把窗戶死死關(guān)住。阿楚的好朋友阿牛剛剛因?yàn)椴∏閲?yán)重不治身亡，父母不想阿楚再有任何閃失。
1960年，中國(guó)醫(yī)學(xué)院病毒研究所專家顧方舟臨危受命，他帶著科研團(tuán)隊(duì)來(lái)到云南昆明，不眠不休研發(fā)脊灰病毒疫苗，他們用來(lái)做實(shí)驗(yàn)的第三只猴子服用了疫苗三天之后死亡，顧方舟心急如焚，女助手蔣競(jìng)武對(duì)猴子的尸體進(jìn)行解剖，不排除個(gè)體過(guò)敏的因素，建議再次進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)在只剩下一只猴子。
顧方舟再次派助手小丘去山下的肉聯(lián)廠采集牛血清，他不敢耽擱，可每天來(lái)回一次就要四個(gè)小時(shí)，小丘心生不滿，顧方舟接到上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的電話，他承諾三周之內(nèi)就能取得突破性進(jìn)展。
助手小丘鼓足勇氣向顧方舟提出建議，勸他像國(guó)外專家一樣用死疫苗，現(xiàn)在早就成功了，顧方舟考慮到國(guó)家貧困以及疫情蔓延的現(xiàn)狀，死疫苗就要打三針，只有研發(fā)活疫苗，一針就能控制住病情，小丘不想跟著顧方舟繼續(xù)浪費(fèi)時(shí)間，決定改換到臨川醫(yī)學(xué)專業(yè)，顧方舟也不勉強(qiáng)。
顧方舟堅(jiān)持給四號(hào)試驗(yàn)的猴子注射疫苗，三天時(shí)間過(guò)去了，猴子沒(méi)有任何異常，顧方舟因?yàn)閯诶圻^(guò)度差點(diǎn)暈倒。顧方舟不由想起五年前的事，阿楚一直高燒不退，母親心急如焚，只能給她物理降溫，阿楚漸漸感覺(jué)不到自己雙腿的存在，時(shí)而清醒時(shí)而昏迷，母親終日以淚洗面，父親走投無(wú)路只好來(lái)求顧方舟救命，顧方舟來(lái)看阿楚，阿楚說(shuō)出自己的愿望，他想當(dāng)醫(yī)生，把那些有脊灰病的孩子都治好，最后，阿楚把自己的牙交給顧方舟，拜托他送給牙婆婆完成心愿。
經(jīng)過(guò)顧方舟和團(tuán)隊(duì)成員不懈努力，四號(hào)試驗(yàn)的猴子已經(jīng)順利度過(guò)危險(xiǎn)期，這就說(shuō)明動(dòng)物實(shí)驗(yàn)體終于成功完成，小丘主動(dòng)要求繼續(xù)留下來(lái)，顧方舟卻無(wú)法放松，他擔(dān)心找不到合適的人做試驗(yàn)，就想到了用自己做第一個(gè)試驗(yàn)體，妻子李以莞想讓他晚幾天，顧方舟不想再等。
第二天一早，顧方舟準(zhǔn)備以身試藥，團(tuán)隊(duì)成員苦苦規(guī)勸，顧方舟心意已決，他把阿楚送的牙交給小丘，然后端起來(lái)疫苗一飲而盡。顧方舟研發(fā)出脊髓灰質(zhì)炎糖丸，在中國(guó)人民共和國(guó)成立70周年的時(shí)候，習(xí)近平主席簽署主席令，授予顧方舟等五人為“人民科學(xué)家”這一國(guó)家榮譽(yù)稱號(hào)。