1965年，中國近海域頻遭某國侵犯，龐大的航母編隊載著各式戰機，整裝待發，虎視眈眈地盯著中國領海及領空。艦隊指揮官無恥揚言海洋和天空沒有界碑，唯有力量抵達決定歸屬權，并命令王牌飛行員詹姆斯中校起飛。詹姆斯聽后，駕駛戰機一飛沖天，于空中劃出一道銀白軌跡。
此刻中國南部地區海航某基地，各種雷達與通信設備林立，傳遞著重要的戰略信息。首長收到某國戰機侵犯領空，迅速命令海軍一零一團團長余兆年和飛行員吳驚天前去驅逐。然而，對方不僅未撤離，反而挑釁并發射導彈。
經此一戰，余兆年大勝詹姆斯，終結其不敗神話。二十四年后，已退休的詹姆斯來華尋找心目中的戰斗英雄余兆年，并預訂頂級酒店熱情況款待。余兆年攜孫子余濤赴約，以主人身份招呼這位來自異國的朋友，為其講述過往回憶。
上世紀50年代，沒有航母作為后盾的我海軍航空兵大隊，頻繁被某國羞辱挑釁，雙方一度在海疆領空展開激戰。詹姆斯被擊退后，要求立刻加油并馬上起飛，再次闖入中國空域。盡管指揮官看出詹姆斯遇到對手，但他深知詹姆斯并非是此次行動的主角，真正主角是兩架乘載先進導彈的戰斗機，他們會用這些導彈給中國一個教訓，讓中國意識到自身的弱小，不要妄想與世界最強大的國家為敵。
隨后，雙方戰機在空中交錯盤旋，雷達屏幕上的光點密密麻麻，每個光點都預示著一場潛在的交鋒，充滿了未知與變數。鮑德溫與安德遜駕機左右夾擊，機炮轟鳴與導彈呼嘯交織。幸運的是，余兆年與吳驚天配合默契，靈活躲避襲擊，使敵人誤炸了自己的飛機。
就在此時，一枚導彈直撲余兆年的戰機，吳驚天毅然擋在前面，機尾瞬間爆炸。因機身受損嚴重，迅速失控下降。為避免誤傷平民，吳驚天緊緊拉住控制桿，調整方向，最終在余兆年的催促聲中跳傘逃生。另一邊，詹姆斯的戰機飛入海南島空域，余兆年緊追其后，雙方激戰互射，展開生死較量。
時隔二十四年，詹姆斯迫不及待問出埋藏心底的秘密，為何余兆年會選擇駕機沖向自己，倘若自己沒有選擇彈射的話，兩人恐怕都會機毀人亡。余兆年回憶表示，當年他在學習駕駛戰斗機時，教練有一句話讓他印象深刻，那就是殲6戰機看似三門航炮，實則四門，因為當炮彈耗盡后，飛行員與戰機便是最后一門航炮。
此話一出，令詹姆斯聽大為震撼，對當年敗給余兆年心服口服?；爻掏局校嗾啄昴曋材匪官浻鑼O子的航母模型，心情沉重，哪怕過去二十多年，敵國航母仍在國門徘徊，隨時可能飛起幾架艦載機，對他們進行戰爭訛詐。余兆年深知航母的重要性，堅信中國終將擁有自己的艦載機，把一切敢于來犯之徒打下來。
2009年，中國首款艦載機殲15試航出海，負責主飛人員是一零一團原團長秦大地，以及特級飛行員吳強?？偣こ處熈喝A憂心忡忡，擔心海軍試飛出現問題，但張團長對秦大地充滿信心，因他是余兆年的得意門生。
在眾人注視下，秦大地熟練坐進駕駛艙，感受內部機械運作的細微震動，檢查儀表盤上的每一個數據，以保證艦載機狀態處于最佳。隨著啟動指令下達，艦載機發出震耳欲聾的轟鳴聲，殲15騰空而起，令眾人萬分激動。
試飛過程中，秦大地與張團長保持緊密通訊，匯報艦載機狀態與測試進展，同時接收檢測室指令。突然，秦大地駕駛艦載機俯沖海面，又直沖云霄，令在場人員心驚膽顫。而他精心計算且準確執行每一個動作，確保數據準確完整，刷新試飛難度紀錄。
其實余兆年和吳驚天早年間都曾完成此類高難度動作，但飛行手冊中并未記載。吳強好奇詢問緣由，秦大地沉默片刻后解釋，因他們當時沒有航母。最終，首場試飛圓滿成功，張團長代表梁華向秦大地與吳強表示感謝，若不是有今天的試飛，他們難以相信中國能造出如此卓越的飛機。
航母試驗試飛陸地訓練基地，海軍副司令兼航母試驗總指揮衣正邦親臨現場觀看炸山，為主跑道后續建造作了部署規劃。衣正邦查看了附近的山群，面向大海，心生感慨，便讓訓練基地的司令員張天一給它們命名為英雄山，寓意著英雄最后的歸處。
夜幕降臨，兩架飛機緩緩降落海軍一二零團。特級飛行員謝振宇心情不佳，責怪僚機康延成配合不默契，兩人一番唇槍舌戰。同時，妻子烏曉告訴秦大地，自己明天要去見導師，讓他在家里照看癱瘓的兒子。秦大地因有事在身未能應允，烏曉心生不滿，她催促丈夫趕快申請專業，認真考慮朋友老劉的高薪聘請，每周僅需工作三天。
次日，海航基地發現不明戰機企圖闖入領空。謝振宇和康延成迅速駕駛戰機驅離，竟遇上火雞大隊的王牌飛行員羅伯特。對方無視領空歸屬，執意前行，謝振宇見狀滿腹怒火，立刻與其展開周旋。余濤受爺爺的影響，已經成為空軍七八九團的特級飛行員。他與金頭盔飛行員耿見林奉命待機支援，當敵機試圖接近之時，需果斷采取行動。
在驅離過程中，幾名飛行員始終保持著冷靜沉著，密切關注敵機的反應和動向，隨時準備應對可能出現的突發情況。然而，謝振宇緊追羅伯特的戰機不放，侯團長見狀，猜到他又犯了老毛病，當即警告他絕不能越過作戰區域。
康延成雖收到命令要謝振宇改變航線，但他深知謝振宇這個人的脾氣，索性裝聾作啞地跟在后面。謝振宇坐在駕駛艙內，目光如炬，緊盯著雷達屏幕上的動態，嫻熟地操控戰機，時而俯沖，時而攀升，靈活穿梭于云層之間，與敵機展開一場激烈的空中較量。
最終，謝振宇等人成功完成驅敵任務，并在返航途中鎖定余濤，對其進行挑釁。侯團長因謝振宇不服管教而憤怒，下令將他與康延成關禁閉。與此同時，余濤等人剛在七八九團降落，便被趙參謀帶回接受調查，需要就謝振宇在S7E海區發起的挑釁事件提交書面報告。
隨著中國首艘航母平臺啟航試航，全軍翹首企盼首批航母艦載機飛行員選拔即將開始，意味著他們會從海軍和空軍之中選出一支隊伍成立試飛大隊。余濤聽聞此訊，瞬間明白謝振宇挑釁自己的原因。
謝振宇來到海邊與師父吳驚天見面，提及自身近況。吳驚天深知徒弟抱負遠大，所以才會奇招百出，為的就是進入試飛大隊，登上航母，與秦大地一決高下。謝振宇對此不置可否，而吳驚天則對他寄予厚望，表示若想如余兆年般彪炳青史，首先就要打敗秦大地。
組建艦載機試飛大隊的工作緊鑼密鼓地展開，衣正邦擔任試飛軍地聯合總指揮。在擬定第一批試飛候選人員名單時，衣正邦發現名單上竟沒有秦大地的名字，于是詢問秘書陶斯勇原因。陶斯勇解釋稱，秦大地因個人家庭情況申請轉業，衣正邦聽后大為惱火，堅決要求留住秦大地。
也正因如此，陶斯勇等人前往秦家拜訪，卻恰逢秦大地的兒子秦熠突然陷入昏迷。情況緊急，大家立即將秦熠送往醫院搶救。而此刻，秦大地正在給學員們授課，得知兒子出事的消息后，仍是強作鎮定繼續授課，直到下課鈴聲響起，這才匆忙趕往醫院。
妻子烏曉在搶救室外焦急等待，擔心兒子安危，痛哭失聲。幸運的是，醫生出來宣布秦熠已無大礙。夫妻倆急忙進入病房，看到兒子意識清醒，終于放下心來。隨后秦大地去找院長了解病情，秦熠則向媽媽透露中國即將擁有航母的消息，使烏曉心里隱隱有些不安。
當晚，余濤接女友陳亞紅下班。陳亞紅表示最近工作繁忙，希望推遲婚期。恰巧余濤也有任務在身，正打算與陳亞紅商議此事，兩人默契地選擇對彼此的任務保密，但都為如何向父母解釋而犯愁。
陶斯勇來醫院找秦大地，向他轉達了首長的指示，格外強調航母建設進展順利，艦載機試驗試飛基地已破土動工，并正全力以赴建設首條試飛跑道。因此，秦大地需立刻組建隊伍展開戰前訓練。除此之外，兩家參與項目的軍工單位的專家團會同時進場，而他們一旦進場，試驗試飛工作必須立即展開。
雖然秦大地對妻兒心懷愧疚，但他作為飛行員，深知使命重大，因此毅然應允，并提出讓謝振宇加入隊伍。隨后，秦大地安排烏曉帶著兒子去山西中醫院治病，直言南海局勢緊張，懇請她能夠理解自己。秦熠知道父親是一名偉大的飛行員，所以他對秦大地的失約從不抱怨，甚至會引以為傲，如此乖巧懂事的孩子，令秦大地既感動又心疼。
凌凱率領地面保障分隊抵達試驗試飛基地，發現基地尚在建設之中，意味著他們要克服環境困難，搭帳篷露營，在短時間內熟悉業務進行訓練，保證兩個月后上崗執行任務。為此，凌凱鼓勵大家要敢于吃苦，以展現中國軍人的真正風采。
侯團長找謝振宇談話，透露秦大地點名讓他加入試飛大，猜測秦大地這么做的原因，要么是覺得謝振宇算是個人才，要么覺得謝振宇什么都不是。本來謝振宇還挺高興，但侯團長隨后的話讓他有些不悅。
為防止謝振宇惹出麻煩，侯團長與他約法三章：首先必須完全服從秦大隊長的領導，不得陽奉陰違；其次要完成艦載機試驗試飛任務，為艦載機上艦形成戰斗力奠定基礎；最后，若謝振宇搗亂被開除，一二零團將不再收留，直接辦理轉業手續。
等侯團長說完這些話，謝振宇起身向他敬禮，并鄭重其事地保證，自己無需多久時間，就能以航母艦載機飛行員的身份，為一二零團的團史增添輝煌篇章。侯團長深受感動，相信謝振宇會言出必行。
秦大地履新后，前往試飛大隊營區檢查隊員宿舍，并妥善安排了各項事務。在人員配備方面，秦大地臨時任命兼任后勤助理，以及類似軍務參謀的角色，主要負責管理一日生活制度。盡管吳強反復強調自己分身乏術，但秦大地不給他抱怨的機會，直接安排趙文當助手，令他苦不堪言。陶斯勇笑著安慰吳強，剛開始會比較辛苦些，等后期人員會很快配備齊全。
隨后，秦大地跟隨陶斯勇一同考察了第一條試飛跑道，通過張司令見到航母續建總體單位的總工程師周總。在此之前，秦大地對于一些設備有了初步的了解，周總也表示這些設備必須通過試驗飛行獲得合格證，才能順利上艦，也只有這樣，他們的工作才能算是真正完成任務。
看到跑道附近的垃圾未被清理，秦大地指出了這一問題，并認為旁邊的空地適合建造飛控中心，用于指揮艦載機的試飛。然而，施工方人員面露難色，表示時間緊迫，無法立即建設飛控中心。他們建議先使用一輛飛行指揮車作為臨時指揮平臺。至于跑道兩側的渣土，目前無法及時運出，只能暫時留在此處。
面對這一狀況，秦大地倍感壓力，迅速向上級部門進行了匯報，認為一旦試飛開始，所有相關適配單位，特別是消防分隊、醫務分隊以及軍工單位的專家，都必須到場參與。此時衣正邦突然出現，詢問秦大地是否還有其他需求。秦大地提出，希望將陶斯勇調來擔任政委。
秦大地陪同衣正邦漫步海邊，衣正邦談及他堅持留下秦大地的初衷，并順便分享了當年那場戰役的英勇事跡。所以在衣正邦看來，無論是從前亦或現在，每一位戰士都有可能會因保衛國土而獻出自己的生命。受衣正邦話語的觸動，秦大地深知自身肩負的任務仍十分艱巨，他向衣正邦堅定地表達了決心。
當晚回到司令部，陶斯勇特意在大廳等候衣正邦，主動請纓前往試飛大隊擔任政委。陶斯勇非常了解秦大地較真拼命的性格，擔心他可會成為第一個犧牲者，所以自己需要扮演剎車片的角色，隨時拉緊馬韁繩，防止秦大地不顧一切地沖向危險。衣正邦同樣心懷隱憂，清楚只有秦大地當隊長，才能能減少犧牲，便同意了陶斯勇的請求。
然而，試飛大隊的通知遲遲未下，謝振宇心中忐忑不安，半夜騎著山地自行車散心，結果被侯團長逮個正著。侯團長佯裝生氣地批評了他一頓，緊接告知他明天務必準時前往營區報道，謝振宇聞言欣喜不已。
空軍辦公大樓前，五名飛行員——余濤、耿見林、江海、劉波和王小毛集結完畢，即將奔赴試飛大隊。其中，余濤和耿見林分別擁有特級和一級飛行員的頭銜，其他三人則享有極高榮譽的“金頭盔”。馬副司令親自為他們壯行，并寄予厚望，期盼他們平安歸來。
在前往報道之前，余濤與女友陳亞紅領了結婚證，向爺爺余兆年分享這個喜訊。余兆年非常高興，在得知余濤即將加入試飛大隊后，語重心長地叮囑余濤，作為軍人，必須不惜一切代價完成任務，因為這個任務不僅關乎國家的安危、民族的復興，更關乎一個軍人的尊嚴。
當年，余兆年親自送兒子上戰場，最終傳回他壯烈犧牲的消息。如今，他又要送唯一的孫子去試飛大隊，那是一個充滿未知與危險的地方，生死并非自己所能掌控。因此余兆年鄭重告誡余濤，軍人雖無法掌控生死，但必須堅守尊嚴，他希望余濤在保證完成任務的前提下，盡量減少傷亡，自己實在不愿再次承受白發人送黑發人的悲痛。聽著爺爺的這番話，余濤內心難過，強忍著淚水，在爺爺嘹亮的軍歌聲中，邁著堅定的步伐走出家門。
出發在即，侯團長仔細檢查了謝振宇的行李，并再三叮囑他要牢記約法三章，心中滿是不舍。然而負責送謝振宇和康延成的司機卻突發胃病，兩人急忙將他送往醫院，因此耽誤了行程。反觀空軍的五人小隊已準時抵達營區，他們見過隊長秦大地和政委陶斯勇后，便在吳強的帶領下搬進了營區宿舍。