1936年10月，中共中央和中央軍委，為了鞏固和擴大西北根據地，并打通與蘇聯的交通，首先形成西北抗日局面，進而推動全國大規模抗戰的實現，組成了以紅軍的五軍、九軍、三十軍為骨干的西路軍西渡黃河，執行寧夏戰役計劃。11月14日，紅九軍攻占古浪縣城，遭到西北軍閥馬步芳重兵集團的圍攻，雙方在古浪城內外展開激烈的戰斗。??
為掩護大部隊撤退，紅九軍25師171團團長李云龍率全團在古浪城外南山阻擊敵人，戰斗進行的異常激烈，李云龍的部隊戰斗一天一夜之后損失慘重，只有二營營長沈泉還存些彈藥，一營和三營相繼失去，他讓剩余人員等敵人靠近后拼刺刀。
等敵人靠近后李云龍率部和敵人肉搏，敵人的沖鋒被打退。李云龍清查人數的時候發現只剩下幾十個人了，他們的任務是堅持到天黑。馬元青帶著民團沖了上去，李云龍留下幾人阻擊并讓沈泉帶人從后山撤退。等民團靠近后李云龍帶人繼續和他們肉搏，堅持到天黑之后撤退。11月18日，經敵人多次圍攻，紅九軍損失慘重，撤出古浪城，一些掉隊的人受到馬步芳的慘絕殺戮。李云龍在撤退途中救了婦女團的指導員鄭芳，將其她人掩埋后他們就撤離了。古浪縣民團團長馬元青之子馬耀祖帶人在圍攻焦守成所在的部隊，李云龍發現后即刻趕往增援，馬耀祖當場死亡。民團被擊退后他們知道焦守成腹部中彈，傷口已化膿。馬元青從逃回去的團丁那里知道兒子在干柴鋪時被打死，他十分生氣。
李云龍和沈泉在相互吹捧，馬元青帶著民團四處搜尋李云龍部的下落。鄭芳感覺李云龍的話粗魯，封建思想也過于嚴重，他認為戰場是男人的，女人就應該在家里待著。李云龍這輩子最大心愿就是當紅軍，他向鄭芳保證以后會尊重婦女。
李云龍部下抓獲了獨立騎兵騎兵旅的傳令兵王根生，王根生感覺紅軍不講規矩，他要和李云龍單挑，結果根本不是李云龍的對手。王根生說出馬步芳調集幾萬人馬在倪家營包圍了紅軍主力，李云龍懷疑他的情報，等他說出情報來源后讓他們相信了。
李云龍聽完王根生的話后感覺彈藥有望了，他準備去合木鎮的敵軍倉庫中取些彈藥來，他們準備夜襲合木鎮，李云龍并不把馬家軍放在眼里。馬元青手下的民團發現了李云龍部的行蹤。
李云龍認為眼下的任務是端掉合木鎮的彈藥庫，這樣可以減輕對總部的威脅，他準備給焦守成留下幾人在村里，帶剩余其他人去夜襲合木鎮。王根生答應李云龍當紅軍，沈泉繳了他的槍，李云龍知道王根生的本事并讓沈泉把槍交給他，鄭芳要求參加戰斗被批準。
馬元青收到了李云龍部在村子里的消息，他準備晚上帶人襲擊他們。李云龍率部去了合木鎮，馬元青也帶人趕往那個小村莊。王根生將彈藥庫的布防情況和韓起功的位置說給了李云龍，李云龍合理安排了人手對炸藥庫進行了攻擊。
韓起功發現五根生的情況不對，他大叫警衛班，雙方展開槍戰，戰爭中鄭芳表現突出，她率先沖上去炸了敵人的警衛班。焦守成等人發現了屋外的動靜，他們和馬家軍展開了血拼，但終因寡不敵眾全部犧牲。李云龍將合木鎮彈藥庫炸毀后帶人離開，等他們回去時發現焦守成等人全部遇難后很痛心。
鄭芳從報紙上看到了西安事安，她明白這下西路軍有救了。李云龍帶人穿著國軍軍服去古浪城找馬元青，他們進城后直奔馬元青的團部，見到馬元青后李云龍亮明了身份，交手之后馬云青被殺死，其他團丁都被他們關到了地窖中，在李云龍眼中他就是圈里的羊。
李云龍從古浪城出去后星夜向東奔襲，等馬步芳帶人趕到古浪城時他們已經走遠，馬叔芳通過電話命其他部隊對李云龍部進行圍追堵截。鄭芳說出馬元青那里文件的情況，高臺一戰，紅五軍傷亡殆盡，軍長董振堂陣亡，倪家營業子一戰，總部、紅三十軍、九軍大部被殲，政委陳海松犧牲，軍長孫玉清、88師師長熊厚發被俘后犧牲。
李云龍認為不能再向西走了，他們準備向東去延安方向，發現被追蹤后他們連打邊撤。
李云龍被騎兵追得透不過氣來，他發誓以后要有自己的騎兵，他對鄭芳說如果將來解放了她嫁不出去就娶了她，鄭芳害羞地跑開。鄭芳在馬元青那里繳獲了指北針，她上交給李云龍，這樣能讓他們順利地辨別方向。
李云龍帶著剩余的幾人繼續向黃河方向挺進，他們在途中死亡了三人，面對后面追趕的騎兵他們只能撤退。李云龍準備走沙漠方向，這樣可以避開馬家軍，突然聽到的羊叫聲讓他們警覺起來，逮羊的人是個當兵的，他們將那人捉住，他叫于承柱，是八二迫擊炮的炮手，李云龍收下了他。
馬步芳猜出李云龍等人進了沙漠，他通知搜索隊將最后的阻擊點放在黃河西岸。在部隊休整時鄭芳告訴李云龍說她喜歡他，李云龍平時看著給沒事兒人似的，可他愁得覺都睡不好，他要將兄弟們都帶出沙漠。
李云龍帶人終于走出了沙漠，從老大爺那里他們知道前面五里就是黃河。當鄭芳要慶祝時被趕來的馬匪打中數槍，李云龍只好帶人撤退，他沒法救她，這是他這輩子最后悔的事情，他要把兄弟們全部帶出去。渾身無力之時他們看到了遠處的騎兵，李云龍讓他們繼續戰斗，等騎兵到眼前時他們認出是自己人。1937年8月，國民革命軍事委員會將紅軍的一、二、四軍改編成國軍革命軍第八路軍，李云龍不想穿那身衣服，他仍戴著紅軍的帽子，他們在軍旗下宣誓。1937年9月，八路軍三原誓師后分別開往抗日前線。李云龍率部過黃河時見到了楚云飛，兩人合力對付了空中的日軍飛機，之后楚云飛將他們放行。