清末的北平，武生名角唐盛怀，进宫演出时与皇妃偷情被当场抓获并赐死，其母玉芬不堪其辱悬梁自尽，留下遗嘱，请玉盛堂科班的班主李盛天抚养幼子怀玉，并嘱托永远不可让怀玉唱戏。

热闹的天桥，10岁的唐怀玉和科班中最好的朋友宋志高结识了进京卖艺的同龄姑娘丹丹。三个身世飘零的孩子惺惺相惜地结拜成兄妹，他们相约，以在天桥柱子上绑绳子作为在北京的接头暗号。

怀玉父亲忌日，三个结拜兄妹到雍和宫上香，丹丹无意间闯入一间神秘的屋子，偶遇老太监王公公。三个孩子抽签算命，三支写着“生不如死”“死不如生”“死而后生”的竹签却被王公公的黑猫打乱了，王公公对三人的命运欲言又止。

皇宫大典，请玉盛堂科班进宫演出，唐怀玉第一次登台演出，大获成功，还结识了太监小贵子。演完戏已是清晨，出宫时，只见宫外遍地插满五色共和的旗帜，一夜之间，改朝换代——清朝灭亡了。

京剧界并未如外界预言得那样走向衰亡，但第一代女演员即将粉墨登场，以秦素云为首的男旦坚决反对坤角的培养，引发业内一片轩然。

军阀张大帅要办堂会，高祥麟先生推荐了玉盛堂科班在出科之际前去演出，但前几日盛天的反调言论使戏院老板心生犹豫，担心高、李二人由此生隙。

怀玉冒雨送志高回家养伤，大雨之中，他俩看见了在天桥上绑绳子的丹丹。分别七年之后，他们再次在天桥上相遇。在两个男孩眼里，丹丹已经出落成漂亮的大姑娘，在志高家，儿时的伙伴其乐融融，彼此间也有了青涩的味道。

志高愈发为“姐姐”作暗娼的生计感到不齿，红莲有苦难言。

怀玉送丹丹回家，在胡同口，这两个青涩的少年忽然感到恋恋不舍起来。

李盛天为自己面对记者的言论带来的负面影响格外愧疚，但高祥麟的大度，让他释怀了很多。高祥麟郑重和李盛天提出在玉盛堂出科前参加张大帅堂会的事情，并提醒李盛天要尽快找到一个接替孙二爷的厨师，以保证科班的伙食。志高喜欢丹丹，有一次为帮丹丹拉生意，在天桥表演口技，不仅遭到地头蛇的诬陷，且使丹丹生怨。

为准备给张大帅唱戏，李盛天加紧了科班的训练。高祥麟决定亲自教授怀玉，并提出应该为科班请一位昆曲师父调教唱腔。李盛天心生一计，想到一个归隐多年的昆曲票友。

志高苦于无从辩解时，幸得多年前皇宫里的太监小贵子搭救，才解开了志高和丹丹之间的误会。

为答谢小贵子，志高请大伙吃饭，小贵子亲自掌勺，做了一席“御宴”。志高灵机一动，将小贵子带到玉盛堂科班，介绍他进科班做厨师。

小贵子来到科班，隐瞒了自己曾是太监的经历，为科班师父们做了满汉全席中的几十道菜，精湛的手艺让在座的师父叹为观止，决定将他留在科班。

怀玉想念丹丹，整日里心神不宁，他瞒着李盛天，来到丹丹的小屋……

丹丹想念怀玉，带着师妹龙小翘来到科班看望两个哥哥。红莲多年的相好——在天桥卖炒货的老巴，想在志高出科后迎娶红莲，亲自到科班说服志高，路上遇到了前去看怀玉的丹丹和小翘，被误会成流氓，挨了打。

怀玉认出了小贵子，暗中与他相认。小贵子决定来科班，也是因为他对怀玉的一份惦记。

志高借机亲自请求李盛天，在出科前，将自己转行为武生。李盛天答应了志高的请求。

小翘自从第一次到科班，就喜欢上了高大帅气的志高。在送两个女孩回家的路上，志高遇到了老巴，老巴把自己想娶红莲的想法告诉了志高，志高难过得一夜宿醉。

红莲去看望志高，在科班偶遇当年在八大胡同的姐妹菊子，得知菊子如今是李盛天的相好，红莲颇不是滋味。无意间，菊子把红莲就是志高母亲的实情告诉了怀玉。

志高把自己的痛苦向怀玉倾诉，经怀玉一番劝说，忍痛默许了“姐姐”的选择。

在京西潭柘寺，李盛天和在此修行的旧友柳暮云相见，有要事相求。

李盛天煞费苦心地相邀柳暮云到班中担任昆曲师傅，柳暮云本是苏州名医之女，喜好昆曲，与高祥麟先生曾有过一段感情伤痛。

应允李盛天的邀请后，柳暮云提出，拒绝与高祥麟先生见面。但当她骤然行至高家门口时，却无意间遗失了当年高祥麟送给自己的折扇，被志高捡到。

怀玉在高家学戏，志高将柳暮云那把写着离愁别恨的扇子交给怀玉保管。

高祥麟听说柳暮云将来教戏，不由得想起二十多年前和柳暮云的那段未了情缘。

怀玉练功后躺在石板上睡着了，醒来后却因寒气入骨，全身瘫痪，动弹不得。

病中的怀玉被梦魇纠缠，梦见母亲阻止自己学戏。出科演出在即，急坏了李盛天、高祥麟和科班上下。李盛天请求柳暮云为怀玉治病，柳暮云因不愿面对高祥麟而拒绝前往高家。万般无奈之下，李盛天只能胁迫柳暮云前往。

丹丹在路上遇见在门口吵闹的李盛天和柳暮云。丹丹口直心快，为柳暮云抱不平。柳暮云突发奇想，让丹丹做了一回“传声筒”和“听诊器”。

高祥麟得知暮云就在咫尺，按捺不住出门相见。而柳暮云躲在黄包车里，倔强地不肯见高祥麟，隔着布帘，柳暮云回绝了高祥麟送回的扇子，二人终未能彼此直面。

原来二十年前，高祥麟和柳暮云因昆曲结缘，彼此爱慕，高祥麟因已有妻室，做不出休妻的举动，而暮云生性清高，不肯做小，两人只落得有缘无份，连理两分，暮云留下高祥麟亲手画的一柄扇子作为纪念。

高祥麟落寞地回院后，请丹丹帮忙去科班照顾柳暮云，并请志高将扇子完璧归赵，送还柳暮云。

杜鹃跑去看望失散多年的丹丹和师父，回忆起往事，师徒几人不由得伤心落泪，杜鹃和师父过去的恩怨就此化解。

菊子去红莲家找旧友聊天，不由得对志高父亲的神秘身份猜测起来。面对着菊子，红莲当年的回忆跃上心头，但对志高父亲的身份，只能避而不谈。可菊子却越发觉得志高和李盛天有几分相象。

得到志高的默许，老巴甚是高兴，亲自去科班给志高送饺子。漆黑的胡同里，老巴见到有人抢劫丹丹和杜鹃，就帮忙打跑了坏人之后护送两个姑娘到了科班，黑暗之中，老巴遭到报复，被砸得头破血流，但阴差阳错地却一直没人注意到他。

志高在准备送还柳暮云遗失在高祥麟家的扇子时，因同屋兄弟污辱红莲而大打出手，同屋的旺财报复志高，气急败坏地撕烂了那柄折扇。柳暮云见到扇子的惨状，格外难过，志高为此后悔万分。

与此同时，老巴正强忍着痛苦，勉强回到红莲家门口，倒在血泊中，生死不明。

柳暮云面对残破的折扇，伤心欲绝。与她同处一室的丹丹听着柳暮云的哭声，无法入眠，前去安慰暮云。暮云成熟的女性气息唤起了丹丹对母亲的渴望，二人如同母女一般倾心交谈。

天亮了，老巴的尸体被邻居发现，只隔了一夜，只隔了一道院门，红莲就与这个将带给自己新的生活的男人阴阳相隔，红莲格外悲痛。

柳暮云开始给科班弟子教授昆曲了，从举手投足的行为到喜怒哀乐的情感，昆曲的细腻优美都让科班弟子大开眼界。

怀玉喝了柳暮云开的药，病情大有好转，被送回科班大院。丹丹在服侍柳暮云之余对怀玉悉心照顾，二人眉目传情，心有灵犀。

高祥麟及众名角来到科班大院为出科拍摄纪念照，高祥麟想借机与暮云相见，但暮云再次拒绝了。

蕴五爷来到科班大院，偶然间到后院小屋观看御用铲子，却在屋内看到玉芬的照片后昏厥过去，原来，唐怀玉的母亲正是出走多年的女儿，当年因倾慕唐盛怀，才放弃了格格的身份毅然出走。得知女儿的悲惨命运，明白了怀玉是自己的外孙，蕴五爷格外激动。