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秦群追趕隊伍途中邂逅測繪員女兵夏小月一路同行，途中遇匪，秦群與匪徒交火。來到先遣營，夏小月方知秦群乃先遣營營長。秦群讓夏小月收起曬在外麵的花裙子，夏小月與秦群發生口角。先遣營的戰士水土不服，多人鬧病。營裏女軍醫陸玲琅提前歸隊，並帶來烈士遺孤“小裙子”。為修橋，排長池衡北錯砍山寨“神樹”。秦群怒命將池衡北捆了謝罪。一位山寨女子讓玉給池衡北解開繩索。另一個叫漂漂的姑娘給池衡北喝水。池衡北的哥哥池衡南，為感謝禾西老爹和其女漂漂的解圍，弟兄二人去禾西家以示感謝。不想這次近距離接觸，使池衡北與漂漂萌生男女之情。
池衡南因妻子同第三者有染，鬱悶大醉。秦群怒罰其站操場。池衡南昏倒操場。葉正元四兩撥千斤，池衡南咽下苦酒一杯。
先遣營搶通道路橋梁，大部隊進山。秦群請命，爭到打通淵鬼梁隧道及金龍江大橋這一全線最艱巨工程。山寨突發瘟疫。陸玲琅救活阿甲父親。為解決坑道支撐圓木，營裏派池衡北帶人進山伐木，請禾西老爹當向導，誤入漂漂家‘偏門’，和漂漂喝了“雙邊倒”酒。禾西帶池衡北他們上獅子峰。密林深處有禾西當年親手所蓋之小木屋。他年輕時，山寨裏最美麗的女人洛賽同一漢人（夏小月的父親）生了個女孩，寨子裏鬧瘟疫，大法師說漢人野種是魔鬼，要燒死！洛賽將漂漂托付禾西，自己殉難。禾西背漂漂上了獅子峰，搭小木屋一住數年。
隧道缺少支撐木，小戰士王二虎死於蹋方。此事故令秦群痛心不已。在伐木營地，漂漂同池衡北的情感逐日加深。阿甲跑到獅子峰夜半搶婚，後又到部隊鬧事。給先遣營運輸給養的車又遭襲，糧食被搶。池衡北伐木歸來，被哥哥池衡南當眾打了一耳光。部隊給養困難。為解饑荒，池衡南奉命進山打獵卻錯殺阿甲家的大牯牛。池家兄弟背對背寫檢討。為給阿甲家賠牛，大家想盡辦法。照當地風俗，賠牛外還得以人代牛耕地一天。池衡南為阿甲家拉犁。漂漂斥責阿甲，池衡南一頭栽倒在田裏。夏小月將泥捏的一隻兔兒爺送給秦群。妖豔而神秘的讓玉（黑蜘蛛）有意接近工程師雷佐夫。漂漂到連隊找池衡北被池衡南擋駕。秦群命池衡南5天之內將木頭運來。無奈中，池衡南硬著頭皮去請禾西，被漂漂盡情揶揄戲弄。
禾西驚訝地得知夏小月的父親就是他30年前的“情敵”。葉正元在鐵道兵當兵的兒子塌方中為搶救戰友犧牲，葉正元默默地瞞著大家。漂漂懷孕。營黨委決定撤銷池衡北排長職務，池衡北山頭吼唱革命歌曲，戰士們呼應。禾西氣衝衝到部隊來“看女婿”。讓玉借找雷佐夫偵察部隊的彈藥庫。小裙子得了猩紅熱，為找醫藥，康冬保連夜快馬趕赴野戰醫院，小裙子終於得救。葉正元終於病倒被戰士們送進了醫院……
夏小月將自己照片壓在那隻兔兒爺底下。誰料一去竟是永訣！測繪途中，落在後麵的夏小月被卻巴劫持。秦群大怒，命部隊搜山，不料駐地彈藥庫又被搶。師部震驚。師長怒命將秦群就地撤職，邊工作、邊檢查，尋找夏小月的下落。淵鬼梁隧道大水如注。秦群強撐著不倒下。
夏小月從岩洞中逃出，卻在奔逃中失足墜下深淵。木嘎發現夏小月，救回家。葉正元偶然得知營裏出大事。陸玲琅意外發現葉正元兒子所在部隊來函，得知葉正元兒子早在幾月前已犧牲，眾人震驚！危難中，葉正元從醫院回來。戰友們自動集合，池衡南和眾戰士默默向他敬禮。
卻巴跟讓玉接頭，欲把槍支彈藥偷運出境。
淵鬼梁爆破時，小裙子誤入禁區，康冬保為救小裙子犧牲。
夏小月被木嘎救治，夏小月讓木嘎到部隊報信，不想被卻巴發現，殺害在荒野。夏小月又重落土匪之手。
跟蹤讓玉和卻巴的禾西被讓玉發現，土匪用毒蛇咬傷禾西。後禾西被救。陸玲琅為吸蛇毒自己中毒，溘然長逝……
隧道發生大蹋方事故，池衡北等一個排的戰士在大塌方中犧牲。夏小月得知土匪陰謀炸橋時，她點燃炸藥，與敵同歸於盡。
雲貴高原。又一個春天。雲貴大鐵路即將通車。通車儀式選在烈士墓地，一碗碗烈酒緩緩灑下，告慰烈士英靈。一聲嬰兒啼哭，漂漂解懷。池衡南將心形繡花荷包掛在弟弟墳頭。漂漂見荷包伏墳大慟。池衡南要漂漂跟他一起走：“這輩子生生死死都跟你守在一起！”歡騰的火把節之夜。葉正元天旋地轉地倒下，實踐了“路通人走”的諾言。軍號悲壯，全營開拔。戰友們向青山致禮……20年後。走過將近40年戰鬥曆程的鐵道兵向軍旗莊嚴告別……若幹年後，秦群得了絕症，要去看一次戰友，身邊是當年的小裙子的女兒小小裙子。在烈士陵園，秦群見到了池衡南，池在他病退後，一直在這裏守墓。秦群在戰友墓前憑吊，這時，火車笛聲響起，《鐵道兵之歌》又回蕩在高原的上空。
