上世纪50年代，美苏两国进行核军备竞赛，整个世界都笼罩在核战争的阴云中。美国不断对我国进行核威胁和核讹诈，这让中央下定决定研究我们自己的原子弹。于是，寻找合适的核试验场这个任务，叫到了张司令员手中。但他提出要找回自己两个老部下，何玉山，徐远征来完成光荣的任务。

此时，刚从朝鲜战场上回国的何玉山正在和自己的家人团聚，而徐远征更是在部队里正举办着自己的婚礼。然而大喜之日，两人都接到了秘密任务，让两个人到指定地点待命。无奈之下，徐远征只得告别了自己的妻子林玉洁和孩子赶往总部。而在新婚之夜，何玉山为了不暴露自己执行任务的行动，只得与自己的新婚妻子林儒丫不告而别。

何玉山在华北某地赶上了最后一批回国的志愿军战士的列车，短暂交接后，何玉山和这批战士乘着列车继续行进，并在北京某车站停靠，大喜的日子被命令执行任务，心里本来就不痛快的徐远征没想到在这里看到了老冤家何玉山，两人只是互相敬了个礼，就分别上了车厢。

列车一路向西，来到了甘肃，张司令早就在这里等着何玉山的到来。何玉山将部队交给徐远征原地待命，自己来见张司令，张司令告诉他，国家决定要搞自己的原子弹，而他们的使命就是找到一块合适的原子弹试验靶场。而这里离附近居民和莫高窟遗址太近，他们现在最迫切的任务就是向罗布泊方向寻找另一块合适的靶场。

何玉山和张司令来到原地待命的部队当中，给二人布置了任务，他们首先要在罗布泊附近找到水源，这样才能驻扎下去。徐远征好奇这任务到底是什么，但张司令员却没有告诉他实情，只是让他不折不扣的执行命令。就在两人来到进入戈壁的同事，两个人的家里却各有苦辣酸甜。林玉洁有孕在身，还要照顾两个儿子，分外辛苦。而徐远征的不告而别，让新婚妻子林儒丫每日以泪洗面。

何玉山和徐远征带着部队徒步几昼夜，却连水源的影子也没见到。部队出发前所带的饮用水早就何况，有的战士在行进途中牺牲了，部队陷入了巨大的困境。幸好，张司令员带着大部队及时赶到，让部队摆脱了危机。在张司令员的带领下，部队终于找到了优良的试验靶场，何玉山和徐远征亲自打下了地标。部队又迅速开拔在附近寻找生活区。

部队又行军了几百里，前方终于出现了一片绿色，而一名眼尖的战士发现，此处不但有树木，还有盛开着的马兰花。张司令对部队的战士们说，马兰花生命力极为顽强，有一点水就能够存活，他当即决定将这个地方命名为马兰村，并命令部队在这里安营驻扎。