1933年9月18日，三位毕业于日内瓦医科大学的美国年轻医生初到上海——这座东方最大的城市，就遇见这里的抗日大游行。在游行队伍中，一位散发传单的美丽少女引起了医生海德姆的注意。第二天，在上海慈济医院，一支为伤员表演节目的剧团又被巡捕房驱赶，混乱中，海德姆发现他保护的人正是昨天游行队伍中的女孩，名字叫苏菲。

三位美国医生发现上海慈济医院不是他们当初想象的那样，免费为穷人治病，并不能实现他们强烈的治病救人的理想，于是决定一起在上海九江路开了一家“海德姆博士诊所”。

在上海正风中学读书的苏菲是学校话话剧社的活跃份子，认识了上海复兴大学的学生会主席洪云飞和宣传部长宁英后，他们鼓励苏菲和她的剧社走上街头，宣传抗日。从苏菲手上戴的翡翠手坠，洪云飞发现她正是自己在家乡订婚的未婚妻，苏菲想还给他手坠，洪云飞安慰说，包办婚姻是封建余孽，不必在意。

上海警察又在街头抓捕出演抗日剧的学生，海德姆再次从警察手中救出苏菲，无意中获得苏菲手上戴的翡翠手坠。

半年后，苏菲因为参演电影《海葬》成为一名小有名气的明星。在一家餐厅，苏菲和朋友聚餐，看见一个人独自吃饭的海德姆，海德姆一直对苏菲念念不忘，还保存着她的手坠，当他从家中取回手坠，苏菲又一次离去，并嘱咐待者转告海德姆，手坠送给他了。

海德姆的诊所因为战争和内乱，难以为继，房租都交不起。他的同学们都回国了，新朋友艾黎告诉他，中国有一支红军部队向全中国发出停止内战、团结抗日的号召，海德姆很是好奇。

国民党白色恐怖下的9.18四周年抗日大游行，宁英不顾好友宋贞娣的劝说，和洪云飞一起参加抗日游行，军警四处抓人，还冲散了游行队伍。眼看洪云飞就要被国民党抓走，宁英奋不顾身冲去救洪云飞，自己却不幸被捕。洪云飞捂住宋贞娣的嘴，不让她叫出声，并说站出去是无谓的牺牲，眼睁睁看着宁英被抓进警局。

海德姆也参加了抗日大游行，拘留所的格林上尉警告他说，美国领事馆决定，下次再发现他参加这些政治活动，会把他直接遣送回国。

在海德姆对中国的社会现状苦闷的时候，朋友艾黎告诉他，中国现在最缺少的不是医生，而是改变现状的革命战士。马海德不仅参加了马列主义小组的活动，并为美国报纸撰写介绍中国红军的文章，而且还协助宋庆龄做了许多革命工作，帮助革命苏区购买了一大批苏区急需的药品和手术器械，和地下党接头安全地把物品转移。

苏菲在宋贞娣的帮助下到监牢看望宁英，宁英说所有的事她会一人承担，还深情地表示要洪云飞不要担心她，她不会说出他们同是共产党员的事。过了几天，宁英就作为共产党员被枪决，苏菲和宋贞娣悲痛不已。

长征过后，舆论对红军极为不利，毛泽东请宋庆龄帮忙，邀请一位外国医生和一位外国记者去边区进行实地考察，宣传了解共产党的抗日政策。宋庆龄很快就确定了两个人，一个是当时参加了一二九运动的燕京大学教授斯诺，一个是当时上海马列主义学习小组的成员、美国医生乔治•海德姆，艾黎告诉海德姆应该到中国的西北去看看。在宋庆龄的安排下，这两个人很快就踏上西行之路，海德姆到郑州与美国记者斯诺会合，经西安转乘去陕北的汽车。

海德姆和斯诺同时到达西安后，他们按照宋庆龄的吩咐，住进了当时西安最有名气的“西京招待所”， 手持半张五英镑和一个叫“王牧师”的人接头。在“王牧师”的安排下，海德姆与斯诺躲在货物中，闯过重重封锁线，离开西安。在换乘骡马前往红军驻地的半路上，他们被一股民团拦截。危急时刻，红军队长秤砣带领红军游击队从山上冲了下来，民团落荒而逃。

辗转来到陕北红军驻地，周恩来在窑洞接待了他们，虽然是简单的羊肉和面馍，但这却是红军部队里最丰盛的食物。海德姆为周恩来做了简单的身体检查，查出他营养不良，深切地感受到了红军的艰苦。斯诺为周恩来照了一张骑马的个人照，海德姆表示他喜欢红军的八角帽，周恩来送了一顶给他。周恩来为海德姆和斯诺在苏区安排了92天的具体行程。

洪云飞怕宋贞娣举报他是共产党，假意向她示好，宋贞娣表示她要离开学校，看不起他这个出卖朋友、怕死求荣的人。洪云飞在路上遇见苏菲，诬陷宋贞娣出卖宁英，现在在收拾行李去她的警察局表哥处，苏菲信以为真。

经过三天的路程，海德姆和斯诺来到保安，这里举行了盛大的欢迎仪式来迎接第一批来苏区考察的国际友人。海德姆和斯诺见到了毛泽东，并和他长谈，听他分析中国目前的抗战形势，海德姆感受到毛泽东的乐观、自信和勇敢，红军军队的纪律严明和群众关系的良好，感觉中国共产党现在虽然弱小，经常被国民党围剿，但未来是充满希望的。

在和当地人接触的过程中，海德姆发现他们喜爱吃甜枣，但却从不刷牙，导致年老以后掉牙，他建议每天至少刷一次。

彭德怀从西线发来电报，部队已到达甘肃、宁夏交界一带。在周恩来的陪同下，海德姆和斯诺随后续部队前往那里，见到彭德怀。

老人向导带海德姆在村子里了解情况，正好一家村民小孩得了急病，症状是肚子疼，发烧，吃了三天郎中开的药不见效，正在请巫婆跳大神。海德姆听到症状判断孩子得了急性阑尾炎，应该立刻开刀动手术，孩子的父亲根本不信海德的话，还被巫婆说这个洋鬼子是恶鬼，应该赶走。当红军医生赶来已晚，孩子因为延误治疗死了。海德姆感到非常气愤，明白“越是贫穷越相信鬼神”，这种封建落后的观念急需改变。

彭德怀命令小红军三娃保护斯诺，红军队长秤砣的弟弟三斤半保护海德姆。在海德姆翻看苏菲的照片和翡翠手坠的时候，三斤半提醒海德姆，女人送礼物给男人是喜欢他的意思，象征着定情信物。

周恩来得知海德姆的祖籍是黎巴嫩，会阿拉伯语，于是请他出面与当地阿訇勾通，为了便于结识群众，周恩来还给海德姆起了个中国名字叫马海德，这样一改，既保留了原美国姓，又增加了边区回族同胞姓氏常见的“马”字。有了中国名字，这让海德姆非常激动。红军和回民因为老水井的打水问题引起纠纷，在彭德怀的教育下，红军战士认识到自己的错误，马海德也很快得到了阿訇的信任，阿訇明白了红军北上抗日的意义，愿意帮助红军。

马海德在彭德怀的陪同下考察了红军的医院和药房，在这里他见到了曾经到上海接应药品的李宁远。并针对苏区面临国民党严重封锁而投医少药的情况，提出了大力加强预防工作的建议。

由于红军缺少医生，红军医院李宁远主任原来是学兽医的，但在实践中积累了很多经验，特别是骨科很拿手，人称李一刀，很受战士和老百姓的尊敬。马海德听说李宁远是兽医出身，感到很惊讶，不由得笑起来，让李宁远有点生气，以为正规医科大学毕业的马德远在嘲笑自己。马德海向李主任道歉。

由于医疗条件有限，红军的伤员都分散在老乡家里，李主任带马德海查看红军设在老乡家的流动病房，不仅卫生条件差，而且没有专业的护理人员，仅仅是农妇用熬制的中药为伤员清洗伤口，伤员多有感染，马德海为此非常生气，误以为李主任没有医生对伤员的责任心，李主任激动地解释，在没有经费、药品、医生、护士的情况下，这是不得已而为之。

晚上休息的时候，警卫员三斤半对马德海说，他小时候受伤，也曾被郎中用中草药治好过，让马德海反省自己是不是误会了李主任。而李主任也在虚心向医院里会英语的大夫请教，想学习英语，提高自己，看懂药瓶上的英文。

斯诺的随地调查采访即将结束，他还将赶往保安对毛泽东做一个深度采访，争取在年底向全世界发布这篇重要的通讯报告。马德海从上海带来的药品也即将用完，需要他继续回上海为红军苏区采购药品，他们二人相约离开。

乡亲们得知马德海即将离开，纷纷拿出家里最珍贵的东西，赶来为他送行，感谢他无私为大家医治伤病。马德海说自己是红军一员，要用红军的纪律来要求自己，不收老乡一份礼物。

临行前夜，马海德觉得这里的情况需要自己，突然决定不走了，他把筹集医疗器材和药品的单子交给了斯诺，并嘱咐斯诺不要在通讯报告中写他的情况，以免在美国的家人受牵连。

红一、二、四方面军即将大会师的消息传来，马海德随红军医院向甘肃会宁进发。途中遇到敌人围攻，李主任命令大家在离战场15里外的地方扎营，并安排一个帐篷给马海德休息，他自己上战场去指挥抢救伤员。

马海德不愿意自己置身战场之外，执意要上战场参与抢救伤员。为了保护马海德，通讯兵三娃不幸被炸弹炸死，光荣牺牲，马海德悲痛万分。李主任说他不是红军，是外国友人，需要受到保护，这也让马海德感到失落。

马海德和李主任一起向周恩来和彭德怀请求处分。马海德认为自己身为红军顾问，却没有及时上战场救治伤员，很不应该。周恩来说他作为红军急需的人才，应该珍惜自己的生命，完成自己的使命，不能牺牲。马海德才认识到自己的错误，不听劝阻，私自上战场，让三娃为掩护自己牺牲了生命。

马海德被红军的精神所鼓舞，要求加入红军，周恩来发了一套红军军服给他，他非常爱惜。军队文工团邀请马海德教她们跳美国舞，恍惚中，他想起了心爱的苏菲。

苏菲和同学在深夜的上海街头张贴传单，被警察盘查，幸好遇到表哥，才替她们解了围。在围观人群，苏菲发现警察把洪云飞抓走了，她以为是宋贞娣告密，感到很气愤。

1936年10月，马海德所在的红军一方面军和二、四方面军在甘肃会宁胜利会师，马海德为自己亲历见证这一伟大时刻而感到激动兴奋，他终于见到朱德总司令长和贺龙将军。彭德怀决定把马海德的坐骑从驴子换成更舒服的马。贺龙答应马海德，只要能骑他的马跑一圈，就把自己的好马送给他。马海德在三斤半的帮助下，胆颤心惊地骑了一圈。