1937年，中国山西。葛十三、常二宽和丁丑娃是出身不同、性情相投的三兄弟，同属于国民革命军后勤处运输连。排长葛十三带领弟兄们去给前线战士送粮，部队停下修整时，老三丁丑娃和几个战士一起用饭碗赌钱，葛十三生气地把他的筛子给扔了，部队就要出发之时，日军敌机突然呼啸而至，投下大量炸弹，战士们虽及时卧倒，但伤亡惨重。常二宽将老三丁丑娃藏在在山崖石壁之下，一名战士全身着火，葛十三扑过去用麻袋将火扑灭，丁丑娃让外面的兄弟向自己靠拢，但在敌机机枪扫射之下，仅有一名战士爬到了他附近。运粮队向峡谷撤退，葛十三和常二宽回身去找丑娃，三兄弟会合，炸弹在他们附近爆炸，把三人炸得全身都是面粉，劫后余生，三兄弟互望彼此，哈哈大笑。

西安城里的老城根面馆是一家百年老店，店老板的女儿赵智怡，擅唱秦腔，此时她正在店内表演，一名客人突然挑衅，对她出言不逊，并动手动脚，西安城的保安队大队长胡振宇及时赶到，抓住了这个小混混，胡振宇要将人带回保安队，赵智怡出面求情，将人放了。胡振宇借机向赵智怡表达自己的爱慕之意，赵智怡只得告诉他，自己已经有男朋友了。

运粮队退入峡谷中，日军大队骑兵追了上来，与运粮队不断交火，葛十三驾马车一路冲向日军，他让常二宽将车上的汽油盖打开，汽油洒了一路，眼看马车冲向日军，负责点火的丁丑娃却发现火柴已经用光烧完，葛十三用枪点燃汽油，火线蔓延，汽油桶爆炸，把日军烧死一片。

前线战壕，正在吃饭的士兵突然发现米饭里全是沙子，已经坚守了几夜的战士彻底愤怒，连长带领士兵去找做饭的炊事长，炊事长砍破米袋，战士们发现米袋里有一半都是石头。军粮掺石的事很快被反映到上峰，上峰下令军法处严厉调查，物资转运站的站长张甩民以为是葛十三半路搞的鬼，在院子里追着用鞭子打他，葛十三连呼冤枉。西安粮食署署长深夜上了一辆汽车，被人从后勒死，第二天，报纸便曝出他畏罪自杀的新闻，成了替罪羔羊，一场陷害阴谋正在展开。

三兄弟在一起分钱，葛十三将两人的都拿过来，帮他们保管。赵智怡的父亲看到女儿自己坐在门外，知道她肯定又在想葛十三，他告诉智怡，自己会尊重她的选择。

葛十三去求张站长，让他把运粮的任务转给了一排，三兄弟来到老城根面馆，边喝酒边讨论赵智怡到底喜欢谁，赵智怡来到三人桌前，直接告诉他们，她喜欢葛十三。

赵智怡直言自己喜欢葛十三，并将自己亲手编的手链送给了他，葛十三却看出常有宽更爱赵智怡，兄弟二人劝他把自己的爱意说出来，他们架着二宽来到楼前，让他面对着楼下的客人，向赵智怡表白。常二宽还未说话，赵智怡用一句“我永远是你的好妹妹”堵住了他。

来领物资的军长发现武器破烂，他怀疑这批物资会不会和粮食一样，被人调了包。常二宽本来就是面馆的小伙计，为了赵智怡才去当兵，他了解到赵智怡不喜欢自己，又跑到后堂去弄面粉，决心不回去了。

运粮队半路遇到伏击，葛十三觉得来人不像是土匪，他用匕首割开米袋，发现里面全是沙了，粮食都不见了，三人躲在山沟下装死，想要糊弄过去，谁知来的人竟往每个人身上补枪，非斩草除根不可，眼看就要轮到三人，有两个运粮队的弟兄逃跑，吸引住了敌人，三兄弟趁机溜了。

葛十三等大难不死，赶回来向张站长汇报，他怀疑头天晚上，就有人把粮食给换成了沙子。张站长向后勤部部长王志信报信，伏击事情出了意外，有三个人逃了回来，而且已经怀疑上他，王志信令张站长尽快将他们干掉。三兄弟进进出出都有人跟着，葛十三去找张站长，张站长无意中说出已去二道沟处理兄弟们的尸体，这引起了葛十三的警觉，他觉得站长有问题。

张站长正密谋处决三人，三兄弟吃饭的时候故意闹起来，被军法处的人带走了，葛十三在军法处反映倒卖军粮的事情，谁知军法处内早有胡局长的内应，立即电话告知了他。胡局长知道事情也许瞒不住了，派人杀了王志信和张甩民。

军法处从三兄弟的住处搜出了大量大洋，军法处把倒卖军粮的事扣在了葛十三等人身上，并说是他们杀死了王志信和张甩民，葛十三意识到，军法处这是要拿三人顶罪。

葛十三拒不认罪，谢主任对他严刑逼供，把他打得浑身是伤，常二宽又被拖了出去，丁丑娃知道下一个就是自己，他怕得要死，嚷嚷着要招供认罪，谢主任进入监牢要将丑娃带走，三兄弟与他们扭打在一处，葛十三抢到手枪逼住了谢主任，三人换上服装，逃出了军法处。

三兄弟商量去军部告状，在门口就碰上了谢主任，只能再次逃走，赵智怡在城外墙上见到了抓捕三人的告示，心里十分担心，三兄弟逃到面馆，又遇警察搜查，赵智怡只得搬出胡振宇局长的大名。葛十三等商量今后的出路，决定到山西去，赵智怡给三人换上老百姓的衣服，趁夜送他们离开。在去山西的路上，他们碰到一队逃兵，被逼着互相交换了衣服，来抓逃兵的国军把他们交给了去给前线送弹药的部队，葛十三等人阴差阳错来到了与日军交战的前线。

九死一生的战场考验着每一个人，战争的惨烈出乎人的想象，三兄弟也战战兢兢地参与到战斗之中，常二宽和丁丑娃亲眼看到一个战士死在自己面前，明白自己的生死也就在这一瞬之间，一个被炸得满脸是血的战士紧紧抓住葛十三，叮嘱他们一定要守住阵地，男儿的热血被激发出来，三兄弟抓起武器，开始向冲锋的日军疯狂扫射。

一夜修整，第二天，日军又携坦克向阵地攻来，坚守阵地的连长带领战士夹起炸药包冲向日军，有的被炸掉胳膊，有的被打烂了腿，但始终永往直前，三兄弟默默看着这一切，也夹起炸药包跃出战壕，一颗炸弹在身旁爆炸，敌军的坦克近在眼前，跪在地上的三兄弟，看着几乎不可战胜的日军，举手投降。

胡振宇又到面馆来找赵智怡，得知赵智怡要参加学校的汇报演出，答应着一定要去捧场。三兄弟被押入战俘营，日军随意虐杀战俘，行径令人发指，司令官让他们努力劳动，换取自己的自由，战俘的队长老唐是一名曾经战败的国军营长，他对战俘营的生活十分熟悉，交待大家一定要好好听皇军的话，葛十三等人看着被吊杀在旗杆上的战俘，不知接下来将会面对怎样的生活？

战俘营里有人生病，葛十三觉得不能不管他，老唐与他发生争执，两人差点动起手来。一片混乱中，日本人鸣枪示警，大家才安静下来，赵智怡的哥哥赵伟在战俘中认出了二宽，四人聊天中，赵伟告诉三人，自己现在是八路军政委，也是因战败被俘。老唐突然出现在上面，叮嘱葛十三等人不要再闹事，只有把活儿顺利干完，大家才有活路，赵伟却对老唐的无知非常不屑，他告诉三人，现在正在挖的是日军的弹药库，一旦完工，鬼子绝不会留一个活口。

葛十三自从听了赵伟的话，一直心事重重，他偷偷告诉常二宽和丑娃，鬼子在后山挖了一个大坑，那个大坑就是准备埋他们的，二人都被吓得不轻，葛十三听说赵伟有一个逃跑计划，忙去找他商议。葛十三去跟老唐拍马屁，套近乎，想弄个火夫当当，他偷偷告诉老唐，赵伟准备组织人暴动，老唐知道了这一重要情报，赶紧拉着他去向日本人报告。日本人来山洞抓走赵伟，要葛十三和他决斗，只有杀死赵伟，葛十三才能取得日本人的信任，葛十三不知道事情怎么会变成这个样子，坚决不肯出手，赵伟扑上来，不停地攻击葛十三，他告诉葛十三，这是他们唯一的机会，今天他是必死无疑的，葛十三终于拔出了匕首，场外的日本人饶有兴致地看着这场杀戮，常二宽一个人呆呆地回到营房坐在床上，他不知道怎样面对接下来的事情，赵伟一心求死，葛十三在痛苦中挥出了致命的一刀，赵伟倒在了他在身上，日本人恭喜葛十三成为他们的厨子，葛十三用手上的血抹干了自己眼中的热泪，朝着场外的日本人露出一笑。

葛十三回到战俘的营房，战俘们都愤怒地站到一旁，看着这个杀了自己同胞的人。常二宽拉起葛十三的手，发现他的手是颤抖的，他愤怒地挥出一拳又一拳，丑娃看到二宽要把葛十三打死了，赶紧把他紧紧抱住，老唐听到动静赶来，告诉大家，以后葛十三就是自己兄弟，谁也不能再欺负他。

葛十三顺利地得到厨子一职，开始在战俘营为日军做饭，老唐对他的手艺非常满意，经常让他给自己开小灶，他去给二宽和丑娃送窝头，两人还在为赵伟的事生气，把窝头都给扔了出来。入夜，四下无人之时，葛十三偷告诉常二宽和丁丑娃，这是赵伟新的暴动计划，他让葛十三故意杀掉自己，来骗取老唐的信任，只有这样，他才能接近瞭望塔，炸掉它。

深夜，三兄弟一起商议越狱行动，葛十三决定由自己去刺杀战俘营的最高司令官高木次郎；二宽负责去解决炮楼看守的鬼子，占领瞭望哨制高点；丑娃则负责释放所有战俘，帮助大家逃走。

第二天午饭时间，常二宽来到瞭望哨给守兵送饭，他给鬼子表演拉面绝活，鬼子看得兴高采烈，在表演削面的时候，常二宽瞅准时机，拿刀将三名鬼子刺死。葛十三精心烩制糖醋鱼讨好高木次郎，高木次郎在鱼底发现了一把匕首，十分吃惊，质问葛十三这是什么意思，葛十三告诉他，这是中国一个非常著名的典故，他趁机拿起藏在鱼里的匕首，刺向高木次郎，二人扭打在一起，高木次郎将葛十三压到身下，葛十三摸到一支钢笔，将其穿喉而死。丑娃将老唐骗到自己门前，借口为他擦皮鞋，将其撂倒在地，成功地拿到了每个营房的钥匙，老唐找到一把枪，到处寻打丑娃，丑娃趁其不备，用筐子扣住了他的头，在二人的打斗中，老唐被穿透胸部而亡，丑娃把钥匙分到每个营房，战俘纷纷逃散。常二宽利用炮楼制高点的机枪，不停扫射追来的日军，日军将手雷扔向炮楼，常二宽赶紧卧倒逃命。日军重新占领瞭望哨向逃跑的战俘疯狂扫射，葛十三在常二宽的掩护下，将装满手雷的包裹死命扔向鬼子瞭望哨，震天的爆炸声接连响起，鬼子的瞭望哨被彻底炸毁，三兄弟奋力举起战俘营的牢门，战俘们一个个地逃了出去。

赵老板又给赵智怡介绍了一个不错的相亲对象，但赵智怡心念葛十三，始终不肯答应，赵老板拿她一点办法也没有。三兄弟逃出战俘营，路上饥饿难耐，跳入一农户家里偷吃的，谁知却被村长带人给抓了起来，危急时刻，丁丑娃装可怜喊爷爷，获得了被释放吃饭的机会，二兄弟依法效之，村长看他们确实可怜，拿出所有好吃的招待他们。

葛十三从村民口中听说自己村子被屠，亲人全被鬼子杀了，非常悲愤。日本特务纪子被派来中国，因为她跟胡振宇在日留学的侄女胡盈盈长得非常相像，日军高层让她利用这一点完成两项任务，一是趁机策反胡振宇，使其为己所用。二是将国民党军官偷偷倒卖的军火运出。葛十三把自己关在房里，三天没有吃饭，任谁叫也不开门，大家正在为他担心，他却自己走了出来，常二宽做了一大碗面给他，三天的时间让葛十三想明白许多事，他决定先回西安把先前的事做个了断。

纪子在中国下船，见到了胡盈盈的哥哥和父亲，他们与胡盈盈久未见面，没有看出丝毫破绽。胡家父女三人来到老城根面馆吃饭，胡盈盈借机和赵智怡攀谈，夸赞面馆生意兴隆、面积广大，赵智怡向她透露，自己家的面馆生意之所以这么好，全赖有一口甜水井，胡盈盈回到父亲身边，建议父亲把这家面馆买下来作为投资，胡盈盈的父亲觉得这主意不错，有些心动。

三兄弟终于回到了老城根面馆，赵智怡对他们回来非常吃惊，三兄弟支吾着把赵伟遇害的事情说了出来，葛十三决定找机会一定洗刷三兄弟的冤屈。胡盈盈趁夜来到天一诊所，和这里的日本特务李天一接上了头，二人一起商议起关于军火交易的事情。胡振宇派商会会长来面馆做说客，非要把面馆买下来不可，丁丑娃在一旁把话都听在耳里，他一番闹腾把会长气走了。军长对孙副参谋长是否参与军粮案始终有怀疑，他借机试探，孙副参谋长向他保证自己和军粮案没有一点关系。深夜，孙副参谋长和来人交易军火，胡盈盈趁机坐进了他的车里，孙副参谋长声称自己不知道这批军火卖给了谁，胡盈盈也没有透露自己是日本人。胡盈盈走进仓库检查买来的军火，她要求负责的人尽快将其转运出去。

赵智怡给丁丑娃补破了的衣服，丁丑娃向她说起十三哥决定去杀鬼子的事，赵智怡说自己也希望去杀鬼子，赵智怡来找葛十三喝酒，葛十三以为她是来劝自己，谁知赵智怡对他要去打鬼子的事情十分支持，赵智怡按住葛十三的手，让他一定要当心，别不把自己的命当回事，常二宽看到二人的闪昵的举动默默地退了出去。胡振宇又派人来面馆捣乱，常二宽看他们欺人太甚，差点和他们动起手来，赵老板连忙拉住他去找当地的龙头老大帮忙，可是他们不知道，这老大早被胡振宇收买了。

葛十三在街上故意激怒谢主任，想看看他的反应，纠出幕后黑手，谢主任看到葛十三十分吃惊，忙去向警察局胡振宇报告，胡振宇已经猜到葛十三这样做的目的，决定和他来个将计就计，把葛十三抓住。丁丑娃引开了接应谢主任的便装，葛十三在暗巷里劫住了谢主任，谢主任正要供出幕后主谋，警察局的人赶到了，老谢想要逃出去，被警察局的人用枪打伤了。胡振宇来到医院看重伤的老谢，老谢求他救救自己，自己什么也没有说，早已决定杀人灭口的胡振宇用枕头闷死了他。

龙头老大假装来和闹事的调解，双方故意一言不和打了起来，两拨人把面馆砸了个稀巴烂。葛十三跑到军部向军长汇报倒卖军粮的事情，军长让他去找军法处，葛十三只得大喊，军法处里有内奸。