上世紀50年代，美蘇兩國進行核軍備競賽，整個世界都籠罩在覈戰爭的陰雲中。美國不斷對我國進行核威脅和核訛詐，這讓中央下定決定研究我們自己的原子彈。於是，尋找合適的核試驗場這個任務，叫到了張司令員手中。但他提出要找回自己兩個老部下，何玉山，徐遠征來完成光榮的任務。

此時，剛從朝鮮戰場上回國的何玉山正在和自己的家人團聚，而徐遠征更是在部隊里正舉辦着自己的婚禮。然而大喜之日，兩人都接到了祕密任務，讓兩個人到指定地點待命。無奈之下，徐遠征只得告別了自己的妻子林玉潔和孩子趕往總部。而在新婚之夜，何玉山爲了不暴露自己執行任務的行動，只得與自己的新婚妻子林儒丫不告而別。

何玉山在華北某地趕上了最後一批迴國的志願軍戰士的列車，短暫交接後，何玉山和這批戰士乘着列車繼續行進，並在北京某車站停靠，大喜的日子被命令執行任務，心裏本來就不痛快的徐遠征沒想到在這裏看到了老冤家何玉山，兩人只是互相敬了個禮，就分別上了車廂。

列車一路向西，來到了甘肅，張司令早就在這裏等着何玉山的到來。何玉山將部隊交給徐遠征原地待命，自己來見張司令，張司令告訴他，國家決定要搞自己的原子彈，而他們的使命就是找到一塊合適的原子彈試驗靶場。而這裏離附近居民和莫高窟遺址太近，他們現在最迫切的任務就是向羅布泊方向尋找另一塊合適的靶場。

何玉山和張司令來到原地待命的部隊當中，給二人佈置了任務，他們首先要在羅布泊附近找到水源，這樣才能駐紮下去。徐遠征好奇這任務到底是什麼，但張司令員卻沒有告訴他實情，只是讓他不折不扣的執行命令。就在兩人來到進入戈壁的同事，兩個人的家裏卻各有苦辣酸甜。林玉潔有孕在身，還要照顧兩個兒子，分外辛苦。而徐遠征的不告而別，讓新婚妻子林儒丫每日以淚洗面。

何玉山和徐遠征帶着部隊徒步幾晝夜，卻連水源的影子也沒見到。部隊出發前所帶的飲用水早就何況，有的戰士在行進途中犧牲了，部隊陷入了巨大的困境。幸好，張司令員帶着大部隊及時趕到，讓部隊擺脫了危機。在張司令員的帶領下，部隊終於找到了優良的試驗靶場，何玉山和徐遠征親自打下了地標。部隊又迅速開拔在附近尋找生活區。

部隊又行軍了幾百裏，前方終於出現了一片綠色，而一名眼尖的戰士發現，此處不但有樹木，還有盛開着的馬蘭花。張司令對部隊的戰士們說，馬蘭花生命力極爲頑強，有一點水就能夠存活，他當即決定將這個地方命名爲馬蘭村，並命令部隊在這裏安營駐紮。