抗日战争时期，日军少佐谷野彰和军械专家池田用活人试验定点爆破雷，村民吴应德在实验中存活，后加入八路军。吴应德得知谷野再入龙头沟，谷野彰和池田用活人试验新改良的步枪，改良后的步枪射出子弹后留在人体内，穿透性达不到。吴应德用两把坏枪拼成了一把怪枪，只是两颗子弹在试验时用了，他只好去日军的试验场找子弹和弹壳，找到后组装成子弹。

沈鹏接到罗师长的命令让吴应德必须活着回去，吴应德在开枪营救俘虏时发射了仅有的一颗子弹，他和沈鹏都被日军活捉，池田对吴应德造的枪很感觉兴趣，他认为他就是造枪的天才，还问起那把枪是如何工作的，池田只是想解决枪械的问题，吴应德用锤头引发机关，射杀了谷野，随后吴应德和沈鹏慌忙逃走，逃跑途中吴应德发进误入雷区，他踩了一颗雷后停下来。

沈鹏将雷踩在自己脚下后让吴应德赶快跑，日本兵围住了沈鹏，他提起脚后和日本人同归于尽，吴应德回头时看到爆炸场面。谷野彰的叔父知道他死后向池田问起缘由。吴应德回去后向罗师长汇报了沈鹏的死换来了自己的生命，还看到那把拼凑的枪。八路军修械所厂长任如坚找罗师长要吴应德，吴应德是自学成才的军工天才，他到修械所后向任如坚报道。

任如坚一心想造自己的枪，他让吴应德回去好好想一下。吴应德被任如坚安排在修械所队长罗克绳那里，他提出修枪、造枪的想法，罗克绳让他用桌上的那些零件造出枪来。吴应德在一柱香的时间内将一把枪拼好，罗克绳让他把子弹装在枪里朝他开枪，可吴应德拼的枪没有装弹勾，罗克绳让他重新回去练习拆枪一个月。

一队日军跟踪着八路军的物资运输队，运输队的排长发觉后让车先走，他知道日军在人数上有优势，还在等待天亮。八路军发现林中日军后果断开枪，日军虽然被狙杀，但他们也牺牲了两名战士。吴应德在枪械所里见到德国造的毛瑟枪，大胡子还拿出一包子弹，他们激情高昂地唱起军歌。吴应德要和罗克绳比赛组装枪支，罗克绳故意用帽子挡住视线，两人几乎在同一时刻将枪装好，吴应德被安排到刺刀班学习，他在那里有些意见，还和罗克绳动起手来，任如坚到后制止了他们。

任如坚下命令让他们一天最少要铣十把刺刀，吴应德提出调离，他请所长任如坚开介绍信，还要求上前线杀鬼子。吴应德拿着介绍信去部队里见到三团的柳宝，柳宝对他提问，吴就德没答上来，柳宝认为枪械所的人就是窝囊费，吴应德见到团长后提出要和团里最好的刺刀手练习拼杀，柳宝主动站出来要求用真刺刀拼杀，结果吴庆德输了，但他心中仍有一把闪亮的刺刀。

罗师长派姚芳去执行秘密任务，在路上姚芳杀了几名日军并发现一箱军火。吴应德吃饭时被同志们误解，他说自己分到那里才两个星期，他最清楚没有枪就会死的道理，吴应德将一枪打死谷野彰的事情说出来，他听到枪炸膛的消息后急忙赶过去查看，看后知道是枪膛里生锈造成的，团长命全团战士马上回去检查枪支。吴应德从三团回到了枪械所，他造出了新型刺刀，还拿到三团里推广，这种新刺刀赢得了好评。谷野命池田组织别动队去偷袭枪械所，吴应德在转移时突然闹肚子，他急忙出去。天亮后呈应德混入城中，他看到日军在盘查。

吴应德跟着刘老板混入城中，刘老板拿出良民证让吴应德三人出钱买它，吴应德把他当成小人，但没有良民证是无法出城的。吴应德在城中听说赵八爷要成亲，还要招短工，他过去应聘被录用，还改名为赵平，到赵府后他被安排为劈柴工，可没法领到赏钱。吴应德听到外面的锣鼓声后过去观看，赵八爷当天收了三个空箱子，还被日本任命为官员。吴应德在窗外听到了洞房里的谈话，他知道他们是八路，要刚一说话就被绑了起来。

姚芳将吴应德塞在床下，她是八路军的游击队队长，赵八爷晚上入洞房的时候被姚芳拿枪指住，姚芳放出信号后外面接应的同志展开行动，吴应德见赵八爷要开枪打姚芳时被他踢开，她没给吴应德说话的机会就将大洋扔在地上几个走了，吴应德慌忙解开身上绳子也溜出赵府。吴应德找到刘爷后见到池田也在那里，池田让他拆枪，他需要刘爷破解武器的经验，在池田走之前他向吴应德说起武器的含义，吴应德掏出大洋后拿到良民证，还要一把枪。

池田感觉自己遇害到了对手，他要在战场上捕获他。吴应德在去温岭的时候遇到一个人和他搭讪，他取完长枪后和老猴子同行，老猴子是逃难至此，还把八路军看作是土匪，吴应德向他解释说八路军是人民的部队，到了晚上吴应德听到八路军来的消息后拿起长枪过去查看情况，结果发现土匪以八路军的名言劫道，吴应德看出埋伏的日本人是拿活人当靶子练习。吴应德听到外面枪声后出去查看，刚一出去就遇上了从马背上下来的姚芳，他帮她将枪修好，两人一同对付躲在后面的日本人。

吴应德让人举着红布在跑动，日本狙击手不知道该朝向何处开枪，他慌忙之中暴露了位置，吴应德上前引出了狙击手，他身上被打中数枪，姚芳趁机打死了日本狙击手，他们随后将吴应德带走后找人救治，幸好他的伤口不在要害位置。吴应德昏迷之中叫着秀儿的名字，他把女医生江燕当成了秀儿，日本人突然来到医院里搜查起来，江燕提前将他的枪收走。

任如坚在人群中找到了吴应德将他带出去，可他们的一些同志被日军抓住，枪里的子弹也打光了，想武装救人有些困难，吴应德将跟着他的毛团介绍给他们，毛团说他能救人，还带他们去找火药。吴应德准备把鞭炮放在缸里吸引日本人的注意，毛团冲到日本人面前说八路军来了，鞭炮声响后日本人听出来，他们没上当，还开枪杀了两名八路军同志，等日军赶到放鞭炮的位置后他们事先埋的炸药发生了爆炸，任如坚安全带同志们回到根据地。吴应德从冰面上带回一些冰块，他要给枪做实验，吴应德找柳宝谈话想让他去兵工厂做试枪员。

池田认为八路军还处在研发武器阶段，他清楚自己的敌人。罗克绳不明白膛线是怎么做的，吴应德将试验报告交给任如坚，罗克绳见到后问起他膛线的制作工艺，吴应德去老乡那里借了很多竹子，回去后切开竹子研究起来，他晓上研究成功后找任如坚汇报成果，吴应德找到了做膛线的办法，天亮后开始试验，做好后罗克绳用没写字的纸进行检验，他验过之后发现那很容易炸膛。

罗克绳认为枪就是战士的生命，他对吴应德进行教导，任如坚对吴庆德加以鼓励。大胡子对吴应德很敬佩，吴应德看到他身上的划痕后心里又有了主意，他拿起钻头开始对制作好的膛线进行打磨，结果真的弄成了膛线，吴应德的腿伤发作，任如坚想把他送到医院专门治疗。谷野猜测罗成洁的部队正在发展队兵，任如坚让吴应德好好养伤，吴应德提出找个没开过的新枪来验证膛线的标准。

日军飞机对八路军的根据地进行侦查，谷野命池田找到他们的兵工厂。任如坚带着吴应德拿着造的枪给罗师长看，他提出要没用过的新枪来用，罗师长还拿出勃朗宁给他们看，吴应德顺利制造出新枪。日军听到枪声后悄悄向兵工厂靠近，他们突然对八路军驻地发起攻击，罗师长命部队马上转移，还将勃朗宁手枪交给吴应德。

罗克绳在掩护部队转移途中牺牲，他死前打完了枪里的一部子弹，任如坚事后带同志们给他送行。池田对八路军的子弹进行研究后发觉八路军可能掌握了造枪的技术，他感觉那颗子弹的射程在八百米，还命人以发现那颗子弹的位置为中心，然后在八百米内仔细搜索。大胡子劝吴应德尽快从罗克绳的牺牲中缓解过来，任如坚给他做思想工作，还讲起父亲的故事。

任如坚认为吴应德就是兵工厂种子，他看出他在兵工制造上有天赋，他们准备过江去建设自己的兵工厂，转移途中他们发现日本人封锁了路口，还对每个过路人进行检查。任如坚通知大家原地休息，他们准备天黑后伺机行动，但要找刘启德帮忙，只要有通行证就可以顺利通过检查。任如坚找到刘启德后提出要12张通行证，刘启德把他当铁公鸡，吴应德进门后刘启德认出他，任如坚答应出高价来买。

任如坚带人拿着良民证在日军卡哨顺利通行，可吴应德被拦下来，刘老板出面帮他解围，吴应德想让他上云岭一起抗日，他发现吴应德和他二十年前一年喜欢枪。八路军在老百姓那里收起废铁，吴应德看到没多少好铁。谷野命池田和黑藤继续搜索八路军的兵工厂，他们想通过监视钢铁和铜的流产来判定。兵工厂被派去政委，还带来了组织上的分发的大洋。

毛团也想留在兵工厂，他称自己六岁那年都练习过射击，还做了弹弓，任如坚看着他的决心就留下他。任如坚带人去了兵工厂的新车间，他们打算在那里制造军火，罗师长将人员名单交给吴应德，吴应德感觉缺少一名神枪手，主要用于试枪。任如坚让吴应德试着说服柳宝，吴应德没能成功，任如坚将方法又告诉他，吴应德又去找柳宝，还夸他是师里三大神枪手之一，吴应德和毛团一起用了激将法，柳宝最后答应在全师面前和吴应德比试枪法。

吴就德在回去的路上向毛团讲起经验，柳宝当时答应下来也是头脑一热，任如坚将柳宝的事情汇报给罗师长，罗师长答应了他的请求就消失了一天，三团长找师长要一个连的装备时遇到了任如坚，他答应柳宝去比枪，师长出来后说万一吴应德赢了，柳宝必须去兵工厂，柳宝看到三团长扎了两条腰带。

比赛之时吴应德带了三把枪赶到，他提出要用它们来赢柳宝，罗师长宣布了三项比赛，柳宝看出他是有备而来。第一局比赛吴应德开枪射中六百米外目标，柳宝打中了八百米的目标，结果吴应德输了，柳宝见到毛团后被他指骂不要脸。八路军的兵工厂可以开始生产了，吴应德提议先生产一批枪，任如坚在他完成任务后同意做他的入党介绍人。

吴应德和毛团去隔壁村子找大桌子，主要用来铺图纸的，毛团偷了姚奶奶家的门板被一群人围住，吴应德慌忙解释说错误是他犯的，毛团说他杀了谷野彰，姚奶奶知道后问起他用门板的原因，她听孙女姚芳提起过吴应德的名字，这才让吴应德和毛团将门板拿走。

姚芳遇上了吴应德后打了他一巴掌，他发现造的枪走火了，还看到了伤员，他是在同志擦枪走火时受伤的，毛团说吴应德睡在门板上，姚芳这才知道那门板是她家的。黑藤战胜了柳宝，他清楚是枪的优势，柳宝被派到兵工厂，他愿意当试枪员，延安来的杨墨也来到那里，他看完吴应德画的设计图后随手扔了，还说那样的图纸没多大用处。

杨墨来到吴应德的设计室，吴应德让他教一下如何来画，但杨墨的态度有些傲慢。日军准备对八路军的根据地进行扫荡，罗师长命人坚决给予抵抗。秦政委听了杨墨的话后发表看法，杨墨提出由他来领导生产武器，秦政委提出和杨墨比试造手榴弹，杨墨是从德国学习归来，他喝完酒后就回去准备了，这次来兵工厂也是想有一番作为。谷野正雄正在四处寻找八路军的兵工厂，他接完上峰电话后做出保证。

秦政委带人做起手榴弹，大胡子发现杨墨在屋里画图纸，杨墨将画的图纸分发给每一个人让他们生产，那些技工都很生气，但还是按命令展开比赛，杨墨采用了流水线作业的方式。姚芳见吴应德一人坐在那里就上前询问，杨墨见到姚芳到来后眼前一亮，她是来运送军火的。姚芳见到任如坚后说吴应德不理她，吴应德坐在那里想事情，姚芳问过任如坚后才了解了吴应德家中的情况。吴应德想不明白革命的道理，任如坚对他加以开导，吴庆德听完后明白了，他要争取早日加入中国共产党。

姚芳向吴应德道歉，任如坚将吴应德要加入共产党的事情说给她，吴应德跑过去看秦怀仁和杨墨水的比武，姚芳看他呆头呆脑的。吴应德看完杨墨的流水线作业后大加夸奖，任如坚宣布了比赛结果，柳宝对手榴弹做出试验，杨墨对秦怀仁造出的手榴弹提出质疑，秦怀仁认为他说的对，而杨墨造的手榴弹都是流水线生产，基本上误差很小，杨墨还亲自做测试，结果险些造成伤害，幸好姚芳及时出手将手榴弹扔向远处，杨墨当时也是头脑突然发晕。

吴应德找杨墨要让他教生产武器的技术，杨墨不想教他。杨墨对姚芳的帮忙表示感谢，他将刻有她名字的子弹交给她时被回绝。秦怀仁同意把政委的位置让给杨墨，杨墨当时只是一个玩笑，他向任如坚提出加入党组织的请求，还想和吴应德比一场。罗师长的部队伏击了日军，虽然取得胜利，但武器上落后给对方。罗师长命姚芳去兵工厂送信给吴应德，兵工厂报到师里的入党名额是杨墨。任如坚给吴应德送去一头驴，驴在拉磨时发生爆炸，幸好周边没人，但驴没了。