公元1901年3月30日，也就是光緒二十七年的二月十一日，時任湖廣總督的張之洞，未下任何通傳就過江來到他親手創建了十一年的湖北槍炮廠，目的是要試一下剛從德國買進的火藥機，但讓張之洞意想不到的是這個頗費銀兩的機器給他造成不小的麻煩。技術總監陳江南在槍炮廠門口迎候張之洞，張之洞要看一下火藥機的威力，突然一聲爆炸聲證明了火藥機的成功，他們想不到一場驚天大禍正向他們襲來。
火藥機突然卡殼，槍炮廠四大弟子奉命前往查看，剛進廠門口就聽到爆炸聲，廠房里亂成一團，德國進口的機器設備被炸毀，徐建寅和陳江南等人被炸得粉身碎骨，他們在廢墟中找到老師陳江南的懷表。牟九清理現場，他將情況匯報給伍會山，陳江南住所被封。四大弟子分析爆炸原因，他們的調查十分順利，晉老大成為最大嫌疑人，抓到晉老大就可問清真相，當他們來到晉老大家里時才發現來晚了，幾人一致認為背后有人指使。
四大弟子來到倉庫調查機器情況，陳江南曾調查過，但機器已被人摧毀。牟九想殺害四大弟子，他擔心事情真相被查明，但又怕張之洞追查。四大弟子正按時修槍，幾天來累的不輕，黑衣人襲擊他們沒能得逞。
大清駐德意志國公使團朱激緘曾寫信給陳江南，四大弟子來到陳江南家中尋找那些東西，錦袍中找到密信，伍會山以次充好，單據也已找到，四大弟子深夜擊鼓要見總督張之洞，張之洞叫他們進入后加入訓斥，四大弟子拿出單據，張之洞看后讓他們起身，那些證物均被收下，張之洞讓他們保密行事，以后不要再插手，等真相大白之后會給他們一個交待。
張之洞召來伍會山，他沒提爆炸之事，伍會山放松警惕，張之洞收到朝廷對奏章的批示，四大弟子被傳至總督府，張之洞將朝廷的批示告訴他們，徐建寅和陳江南等人按陣亡撫恤，四大弟子情緒激動，他們難以接受，張之洞早已暗中調查，他相信四大弟子所言，向朝廷撒謊的原因是想將槍炮廠繼續辦下去，不能讓它就此而廢，張之洞帶他們看到洋人送的槍，還見到大清全圖，沒有自己的槍讓張之洞很遺憾，四大弟子看到那份名單后理解了張之洞的良苦用心，四大弟子決定試制新槍。伍會山因堂叔的幫忙才保命，他回鄉謀生。一年間過去了，四大弟子對新槍的研制取得了不錯的成果，每人都投入了全部的精力，期間劉鄂娶妻生子，兄弟們羨慕不已。四大弟子的設計方案被德國教習否決，他們并不甘心。
劉鄂曾在街上得罪德國總教習沃勃林登，沃勃林登不斷挑槍的毛病，四子弟子被指責，他們用了魯格槍的設計風格，那要德國只有貴族才能用，也是剛生產不久，沃勃林登讓四大弟子寫保證書，如果不能按時完成就要受罰，四大弟子愿意一試，他們也是想爭一口氣。努力之后槍研制出來，只是精密度不度，有人提出第一步走錯了，陳鄂感覺他的分析有道理。
試射時張之洞來到現場揭幕，第一槍試射命中靶心，第二發試射時卡殼，第三發試射炸膛，槍支報廢，張之洞沒說一句話就離開了，沃勃林登擺出一副神氣的樣子。四大弟子被張之洞帶走，他們承認罪過，但并無后悔，劉鄂想總結失敗原因之后再死，張之洞叫他們起身，他們被罰減俸一年，并降為機匠，主要研究本土槍支的特點。余慶鰲對四大弟子要求嚴格，劉鄂剛開始不明白他的良苦用心，后來余慶鰲收劉鄂為徒弟，對劉鄂的考驗是讓他在兩個小時內將一塊鋼變成鋼球。
劉鄂拿著做好的鋼球去見余慶鰲，那比他想象的時間短一些，劉鄂聽說過他的故事，余慶鰲講明造槍的道理，四大弟子被觀察很久，只有劉鄂真相做到人槍合一。兩年后，劉鄂陪妻兒上墳，途中劉鄂帶兒子來到戲園門口，見到梅姑讓他意外，兩人有些尷尬。
梅姑躲在一旁看著劉鄂一家老小離開，她想起往事。余慶鰲和沃勃林登鬧翻，他被派到德國，走之前把兩樣東西送給劉鄂，劉鄂希望他能超越自己。新炮運至長江口，沃勃林登得知出了一些麻煩，有一門大炮彎了，炮管的硬度不夠，因運輸途中顛簸所致，漢斯提議讓四大弟子去提貨。下工后劉鄂和幾個兄弟喝酒，幾個議論梅姑，劉鄂喝多后被送回家。
四大弟子奉命去上海驗收大炮，幾人很意外，劉鄂因醉酒沒能過去，克虜伯生產的大炮沒能引起他們的懷疑，三人在驗收清單上簽字，漢斯請他們去日本餐廳吃飯。劉鄂聽說三人被抓后來到監獄中探望，三人將性命交給劉鄂，劉鄂把收集到的證據向上峰匯報，他懷疑是德國人故意設局陷害，張之洞要派人親自調查，北京城內為新政彈劾張之洞的人大有人在，劉鄂意識到兄弟們的性命難保。
劉鄂想通過修炮來保住三人，他去找張之洞之時才知道他們要被總理衙門押走，劉鄂想盡力一試，他需十日時間，修不好愿意和他們同罪，張之洞電報朝廷延緩十日。劉鄂開始修炮，他看到三兄弟送出的資料，剛開始無從下手，沃勃林登一直在暗中偷偷關注此事，劉鄂想知道真相，沃勃林登拒絕回答，劉鄂再三相求，沃勃林登勸他放棄，炮管彎曲在德國都是問題，沃勃林登說明原因。
十日期限將至，張之洞一直關心著修炮之事，劉鄂整日呆在兵工廠，老鮑師傅想到一招，幾次小試驗之后感覺可能。炮管被取下后進入火爐，眾人合力按預定方案修理炮管，沃勃林登也在后面偷看，大炮終被修好，張之洞得到消息后十分高興，他要好好睡上一覺。大炮修好讓沃勃林登十分意外，沃勃林登想把經驗向德國方面匯報，漢斯的行為被告發，沃勃林登意識到當初的做法不對，三兄弟順利出獄。
四大弟子在家聚會，張之洞來到后和他們同飲，劉鄂給兒子起名漢陽。四大弟子被恢復職位，張之洞命他們繼續造槍，他在朝廷被彈劾，劉鄂等人看到湖北槍炮廠的建廠藍圖，漢陽在門外聽到他們談話，他們要將幾人的特點融合在一起，幾人一起研究德國毛瑟八八式，劉鄂提出設計方案，張之洞沒來得及看，他被老佛爺叫入京城盤問，造出新槍可解燃眉之急。
江南槍炮局派人用重金收買四大弟子，四大弟子看法不同，他們更想造出好槍，幾人達成一致看法，他們各自施展才能，余老狼從德國寄信給四大弟子，那些資料都是他在德國看到后偷偷抄下，德國有那種儀器叫拋物線測量儀，劉鄂看到扇子后決定用土辦法試槍，試槍的數據被一一記下，試驗到第五十一發時出現卡殼，主要是槍管的問題。
四大弟子研制新槍被人懷疑，增加鋼材硬度是解決槍管問題的根本。漢陽病重，大夫無能為力，劉鄂很揪心，他仍潛心研究圖紙。漢陽媽所著漢陽出門找大夫看病，老中醫說出民間偏方，只是藥引子較難，用人血下藥，漢陽媽用剪刀劃傷胳膊，漢陽活過來。湖北槍炮局新制槍支被運往京城，四大弟子愿意隨槍進京比試。