1950年，新疆和平解放不久，人民解放军六军某师炊事班班长王大河奉命带领炊事班前往边远的铁列克镇，为部队改善生活采买牛羊。随行的有解放军五军维吾尔族女战士兼翻译古丽努尔，以及女军医肖丽舟。肖丽舟是看望在铁列克国民党起义部队边防大队任教导员的未婚夫许岳的。

王大河一行经过三天跋涉来到铁列克镇，却发现镇里气氛紧张，边防大队士兵荷枪实弹，戒备森严。入夜，王大河与在边防大队任副教导员的孙天保在旅馆相遇，才知道许岳和警卫员今天下午被暗杀。孙天保当时虽不在现场，但认为凶手肯定是边防大队的一伙反动分子。目前，边防大队情况十分紧张，有兵变的危险。

孙天保当即用旅馆电话向师长报告了边防大队的情况，师长说，边防大队大队长牛德彪已经向他报告，许岳是遭到土匪袭击牺牲的，并保证部队不会发生兵变。师长认为，根据当前形势，牛德彪兵变的可能性不大，要孙天保返回边防大队继续工作。接着，师长又在电话中对王大河说，边防大队情况确实不稳，而且驻地博格达沁古堡内储存了大量的军火弹药。他要王大河前往边防大队接替许岳担任教导员，保证部队稳定和军火弹药的安全，三天后，再将职务交给师里派去的新教导员。

王大河带领炊事班来到古堡，却被正在演习的部队当成坏人抓住，牛德彪赶到，连忙命部下松绑，欢迎王大河来边防大队任职，并表示自己正在调查许岳被害情况。

王大河进入古堡，用电话向师长汇报自己已经走马上任。师长要求王大河一定要稳定住部队，不要激化矛盾，对许岳死因要见机行事，查明真相。在给肖丽舟交付许岳遗物时，边防大队副官赵子峰悄悄对王大河说，从许岳被害的现场情况观察，肯定是被边防大队中的反动分子杀害，提醒王大河处境危险，要格外小心。

牛德彪为欢迎王大河举行酒宴。牛德彪部下贺连长，以及贾富贵韩老三等人以敬酒为名，竟把王大河等人被灌醉。酒宴中，炊事班战士刘占海悄悄找到表舅牛德彪，要求他不要把自己过去曾在国民党部队当兵的情况告诉王大河。

王大河等人来到艾山巴依家。正好艾山巴依为欢迎解放军进疆，去库房准备送给解放军的布匹和粮食，不在家中。阿迪力知道王大河等人赶来为了要回古丽努尔，因此态度蛮横，并与赵副官发生争执，争吵中，阿迪力竟让仆人将王大河等人捆绑，抓了起来。

刚刚赶回家中的玛丽获知此事，为伪装进步，取得王大河等人好感，说服了阿迪力放人，并亲自给王大河与古丽努尔松绑，送他们回古堡，并以自己要写一篇有关博格达沁古堡的论文为名，进入古堡观察军火库及部队守备情况。 此时，牛德彪遭遇土匪袭击，经过战斗，打败土匪并抓获了土匪头子及玛丽的情人伊凡洛夫。牛德彪当着玛丽的面，告诉王大河准备明天将伊凡洛夫用汽车送往师部，玛丽获知此事，离开古堡后立即去找伊凡洛夫的手下众匪，准备劫持伊凡洛夫。

韩老三被杀，立即引起贺连长贾富贵等人和炊事班的冲突，牛德彪也认为韩老三是被王大河指使部下所杀，对王大河极为不满；孙天保肖丽舟和炊事班的战士则认为王大河态度软弱，也对王大河很有意见。王大河稳定边防大队，亲自为生病的牛德彪熬粥，做其工作，但是他的苦心却不被肖丽舟和其他同志所理解。

肖丽舟决心查清许岳被害真实原因，她在许岳的笔记本上发现不知被何人撕掉的纸张下面有“兵变”“买买提饭馆”“赵”等字迹印痕，于是亲自去买买提饭馆找饭馆老板调查，发现边防大队确实有部分反动军官经常在饭馆聚会，酝酿兵变阴谋。但是，当她想找王大河汇报这些情况时，却发现王大河与赵副官来往亲密，又打消了汇报的念头。

玛丽为夺取军火，多次来到古堡，刺探古堡内军火库和部队守备的详细情况，她的活动引起了赵副官的警觉。

艾克拜尔为了给妹妹米娜娃治好失明的双眼，决定向艾山巴依借200只羊，作为看病的费用。阿迪力知道后向艾克拜尔提出，只要他主动断绝与古丽努尔的关系，愿意送给艾克拜尔200只羊。艾克拜尔听后一言不发。这时古丽努尔来找艾克拜尔，询问艾克拜尔是不是还爱着她，对他俩的关系究竟是想怎么考虑的，艾克拜尔不肯回答，使古丽努尔十分生气。

押送伊凡洛夫的汽车来到山路，遭到玛丽带领的土匪袭击，伊凡洛夫被玛丽抢走，押送士兵被全部杀害。

玛丽带领土匪劫持伊凡洛夫逃到天山深处，告诉伊凡洛夫，她这次回到新疆，就是为了举行武装暴乱，将新疆从中国的版土上分裂出去。为达到这个目的，首先要夺取古堡的军火，并且制定了详细的作战计划。同时决定把艾山巴依家的染房作为他们的联络点。

牛德彪亲自祭奠牺牲的士兵，发誓要消灭土匪，为死去的兄弟们报仇。王大河面对劫持事件，怀疑土匪是如何获悉押送伊凡洛夫的消息，以及劫持伊凡洛夫的目的。

阿迪力由于遭到古丽努尔的冷淡，极为恼怒，竟然赶到艾克拜尔家中，鞭挞艾克拜尔，企图将艾克拜尔赶出铁列克镇。他的行动被玛丽制止，玛丽对阿迪力说，你想得到古丽努尔，关键在于古丽努尔本人。阿迪力听罢，于是前往古堡寻找古丽努尔，以他们过去已经订婚为由，要古丽努尔跟他回家，做自己的妻子。但遭到古丽努尔的强烈反驳。

艾山巴依去染房，发现玛丽和伊凡洛夫这个土匪在一起，极为生气，将伊凡洛夫赶走，并要玛丽断绝与伊凡洛夫的来往。玛丽却以过去伊凡洛夫救过自己的命，俩人相爱为由不肯答应，但艾山巴依态度坚决，玛丽只得佯装答应以后不再和伊凡洛夫来往。

玛丽利用调虎离山之计吸引牛德彪出击，古堡内守军力量单薄，玛丽乘机带领大股土匪冲进古堡，王大河率领炊事班战士们拼死抵抗，顽强防守，战斗异常激烈。牛德彪出击不久发现土匪声东击西的阴谋，立刻率部返回，终于打退土匪。

玛丽损兵折将，又遭追击，只得带着伊凡洛夫逃回铁列克镇染房内躲避。艾山巴依此时来到染房，发现玛丽仍和伊凡洛夫在一起，质问伊凡洛夫，袭击古堡是否是其所为，要他马上向解放军自首。玛丽为掩护伊凡洛夫，说伊凡洛夫一直和自己在一起，再次向艾山巴依表示，一定断绝与伊凡洛夫来往。

古堡内，王大河与孙天保突遭放置屋内的炸弹袭击，幸亏王大河极为机警，躲过炸弹，未受伤害。牛德彪得知此事极为恼怒，质问贺连长贾富贵两人，此事是否是他们所为。贺连长贾富贵表示，这件事确实不是他们干得。牛德彪亲自去向王大河表示道谦，并安排贾富贵和进步士兵郑长宝担任王大河的警卫。但孙天保认为发生的一系列事件都与牛德彪有关系，并为尽快查明真相，与牛德彪发生争执。