1934年山西省的汾西县，荣盛商行的掌柜黎老爷子召集众伙计，许诺谁能从正在闹匪患的榆林收账来抵清商行欠下的债务，就将刃喷黎梅嫁给他。 心仪黎梅的小伙计陈海子自告奋勇，与娘舅葛大康打扮成叫花子前往榆林。路上，偶遇化装成乞丐的红军干部雷钧，并被误认为是雷钧同党而遭到阎锡山部队的逮捕。关押期间，海子为雷钧舍己为民的精神所折服，倍感崇敬。海子成功带回了账款，而思想进步热衷于宣传抗日的黎梅却不肯接受这门包办婚姻，而且她心里已有心仪对象，那就是表哥商见诚。

黎梅与商见诚正在商议逃跑之时，被从警察局逃出来的海子和葛大康听到了，四个人—起逃出了城。来到省城太原，正碰上阎锡山的队伍在招兵，海子和葛大康前去报名时遇见了也来当兵的商见诚。新兵训练的过程中，海子和商见诚表现突出，两个人不断暗中较劲。 黎梅在太原继续学业，思想上更加向往共产主义，渐渐与表哥的价值观差距越来越大。新兵训练结束，商见诚被赵副主任钦点保送到军官学校。海子被送进了太原西北兵工厂，并在这里遇到了阎锡山安插在兵工厂的特务马三。心向红军的陈海子想办法和马三套近乎，不断打探共产党的各种信息。为策应陕北红军，党委领导夏征派曲文到太原兵工厂铸造车间当了—名铸工，相机行事组织罢工。

学生出身的曲文干活吃饭的做派都与普通工人格格不入，陈海子不时开玩笑提醒他，曲文慢慢练习得像工人了，但对海子的身份—直充满了怀疑。 海子在陪曲文送工友看病的过程中，巧遇黎梅被追捕，海子打死军警救了她，并且从谈话中认定她就是共产党。然而黎梅不但没有承认，还讥讽他并不知道什么是真正的共产党，并警告他不准把今天的事情说出去。 时机已至，曲文着手组织罢工，因为怀疑陈海子的背景，放弃了动员校验车间的人。而此时的商见诚则在晋军特务组织内步步高升，当上了公安管理处的侦缉队长，负责镇压兵工厂罢工。

看到商见诚来搜捕，海子赶忙掩护曲文等共产党员从偷运枪支的秘道逃跑。尽管曲文仍对海子存疑，但形势所迫，夏征慎重地约见了陈海子。经过一番询问，夏征认为陈海子可以信任，和曲文一起作为介绍人让海子入了党并为他取了—个新名字：陈志。没想到新的联络人竟是黎梅，陈志倍感欣喜。 再—次的接头，陈志从黎梅手里得到了一本书《牛虻》，也接到组织上的指示，急需一批呛送往陕北。陈志决定利用马三，找人谈枪械生意。夏征派来了铁路局的支部委员刘有田，从马三这里买走了这批枪。陈志遇到了一个东北流亡的兵工厂工程师罗列，陈志向夏征汇报了罗列的情况，希望能发展他入党。上级希望地下组织能够策反一些晋军人员，陈志觉得可以利用罗列的关系，黎梅却认为最快的方法是策反商见诚。

黎梅找了些借口向商见诚解释了这段时间的去向，商见诚没有怀疑，并且给黎梅又找了一份工作。与此同时，陈志继续接近罗列，在聊天的过程中，透露了自己是共产党。 罗列利用自己的人脉获得了晋军的布防情报但却被截获，暴露了在晋军中有共产党的潜伏人员。而商见诚也因与黎梅的关系受到了特务组织的怀疑。为了澄清自己，他假意接受黎梅的策反，图谋获得共产党潜伏人员的真实情况。

罗列赶到酒楼，在大门前鸣枪示警，随即遭到了以商见诚为首的特务们的射杀。而此时，黎梅与夏征已经到了酒楼门前，亲眼看到商见诚打死了自己的同志。由于与罗列的关系，陈志无法在兵工厂继续潜伏，只得转往铁路局。商见诚则乘胜追击，意欲将兵工厂内的共产党组织斩草除根。陈志、夏征等人逐渐摸清晋军的全部布防情况，为安全将情报送达陕北，陈志自告奋勇将地图背下来，将自己变成了个“活地图”。 临行前，他欲向黎梅表达爱意，但因为害羞，最终只是送给她一方白手帕。为了配合红军东征，太原地下党组织决定对晋军军事目标进行破坏行动。陈志等人破坏列车，阻挠了阎军的增援计划，娄吉之大为恼火，商见诚献计：明着在铁路局虚张声势，暗中却在兵工厂下功夫，目的是引出共产党的地下组织。 轻举妄动的于四保果然中计被捕并于狱中变节，太原地下组织就此暴露，夏征、陈志等丑7名地下党员全部被捕。在牢房里，陈志见到了已被严刑拷打的黎梅。