1965年，队长带着乌兰牧骑小分队来到内蒙古巴林右旗，书记知道萨仁爱唱爱跳，想带她去看乌兰牧骑的演出，萨仁嘴上说不想看，心里却蠢蠢欲动，可她的双腿因为冻伤只能拄拐走路，还要照顾两个年幼孩子和年迈的婆婆。乌兰牧骑在蒙语的意思就是“红色的嫩芽”，那是一支为牧民演出的小分队。
牧民们都期盼着乌兰牧骑来演出，书记派牧民巴图去接他们，拉道具的马车被石头绊住，大家齐心协力才把马车拉出来，乌兰牧骑终于在天黑的时候来到牧区，牧民们开心地欢呼雀跃，把过年的新衣服拿出来穿上。队长得知牧民们分别从很远的地方赶来，当即决定连夜给牧民们演出，可是半路推车的时候灯泡碎了，书记就号召大家各自回家准备火把，女人把心爱的围巾拿出来，其木格很感动，答应会好好演出，不辜负大家的期望。
演出正式开始，乌兰牧骑的演员们使出浑身绝活为大家演出，萨仁躲在远远的地方观看，队长想见见萨仁，还特意为她准备了节目，书记借口萨仁的孩子太小没人看，队长也没有多问。演出继续进行，萨仁触景生情，不由地扔下拐杖想跳舞，结果摔倒在地，巴图看到这一幕。
演出结束，村长向队长等人详细讲述了萨仁的故事，她为了寻找羊群被冻伤双腿，队长当即决定明天为萨仁准备一场演出。队长带乌兰牧骑来到萨仁家门外，还特意给萨仁准备了可以移动的椅子，其木格和两个女演员来家里请萨仁，可她根本不为所动。
队长坚持要按照原计划演出，演员们认真演出“草原小姐妹”，萨仁悄悄打开门帘观看，感动地热泪盈眶，队长亲自把萨仁拉出来，让她坐在特制的椅子上，其木格等人推着萨仁一起跳舞，萨仁随着音乐的节拍挥舞双手，脸上露出了久违的笑容。
其木格决定给萨仁找个男人，萨仁不想给别人添麻烦，其木格和同伴分头在牧区转了一大圈，最后了解到巴图对萨仁很好，其木格极力撮合萨仁和巴图在一起，萨仁始终不松口，婆婆答应劝劝萨仁，其木格她们只好来找巴图，鼓励他勇敢向萨仁表白，巴图要尊重萨仁的选择。
经过婆婆的苦苦规劝，萨仁鼓足勇气走出来见巴图，巴图开心地像个孩子。随后，队长和其木格等人为萨仁和巴图举行简单的婚礼。
莫德格主动要求加入乌兰牧骑，队长欢迎她的到来，乌兰牧骑的演员们和牧民载歌载舞，为巴图和萨仁庆祝。婚礼结束以后，队长带着大家出发去另一个地方演出，萨仁和巴图带着两个孩子一起来送他们，直到看不见他们的人影。
内蒙古自治区第一支乌兰牧骑诞生于1957年，来自锡林郭勒盟苏尼特右旗，是一支仅有9人、两辆勒勒车、四件乐器的小队伍，个个一专多能，吹、拉、弹、唱、舞无所不会，乐器简单轻便，全队只一辆马车便能拉走，因而被誉为“一辆马车上的文化工作队”，习近平称赞乌兰牧骑是“草原红色文艺轻骑兵”。
2013年，育英小学六年级的同学们在礼堂举行毕业典礼，何念念一边领唱，一边注视着台下，始终不见妈妈何秀英的人影，何念念含泪唱完了那首歌，何秀英才匆匆赶到，她赶忙买了冰激凌讨好何念念，突然接到单位的紧急电话，何秀英只好把何念念托付给妹妹何秀丽，她毅然决然赶回工作岗位。
何秀英是昆明车务段高铁总设计师，她是一个工作狂，在全国各地高铁线路上奔波忙碌，疏于对何念念的陪伴，只能通过视频向何念念祝贺生日，可何念念赌气不接，何秀英只好录视频发给何念念，还给她买了新鞋子，答应等她中考的时候一定赶回来。何念念试穿了那双鞋，依旧是太小穿不下，何念念只好扔在一边，小姨何秀丽给何念念买了生日蛋糕，陪她一起过生日。
何秀英奉命来兰新线做大风颠覆试验，沿线手机信号不好，何秀英一直联系不上何念念，只好再次录视频，然后投入紧张得工作，何秀英因为长年累月弯腰去车底下检查，导致劳累过度造成腰椎间盘脱出，何秀英动弹不得，同事赶忙把她送到医院。
何秀丽闻讯赶来照顾何秀英，何秀英惦记着何念念还有一周时间就要中考了，可她却动弹不得。学校开家长会，何念念苦等妈妈没到，她只好自己去开家长会，详细记录了中考的注意事项。与此同时，何秀英挣扎着起来坚持工作，给同事们详细讲述注意事项。
中考结束以后，何秀英一直打不通何念念的电话，她硬撑着出院回家，才知道何念念报了夏令营去山区了。何念念把妈妈送给她的新鞋子给了当地的小女孩，还翻山越岭到小女孩家去玩，小女孩的父母都在外打工，多亏这里开通了高铁，只要三个小时就能见到父母。
何念念随口说起母亲是高铁的设计师，小女孩心生钦佩，可何念念却因为见不到妈妈一肚子怨气，小女孩劝何念念多理解自己的妈妈。回家的高铁上，同学们对高铁的速度和稳定性啧啧赞叹，何念念才意识到妈妈工作的重要性，她翻出妈妈发的一段段视频，感动地热泪盈眶。
何念念结束夏令营回家，看到妈妈何秀英在床上痛苦挣扎着，何念念很心疼，对妈妈嘘寒问暖，何秀英反而对她好言相劝，何念念亲手做饭给妈妈吃，何秀英赶忙拍下这珍贵的一幕。2017年，中国铁路动车复兴号正式启用，在上海双向运行。
1997年，吴登云院长年满六十岁了，他是援疆医生，在新疆乌恰县医院工作了大半辈子。吴登云带着女儿吴燕登上天云山，父女俩遥望新疆的大好河山，心里感慨万千。吴燕劝吴登云退休以后回高邮老家，吴登云想继续留在新疆为牧民们治病，吴燕苦苦规劝也无济于事，吴登云平生有三个愿望，帮牧民治病，改善牧区水源和植树造林。
吴登云和吴燕带着医疗小分队去牧区巡诊，无意中得知牧民的羊生死胎，吴登云赶忙过去查看，发现羊得了传染病，吴燕自告奋勇去兽医站寻医问药，牧民们对吴登云感激涕零。吴登云带着两名医生继续巡诊，突然狂风大作，他们只能躲在沙窝里避风，等风沙过后，吴登云带着他们俩继续赶路。
吴登云回到乌恰医院，得知牧民的儿子腿摔断急需手术，他二话没说就去准备手术。牧民买买提明儿子两岁的时候不小心掉进火盆被烧伤，吴登云让护士从他身上取皮为孩子植皮，护士们不敢也不忍心，吴登云就亲自割掉身上的皮给他，他才得以活下来，现在已经是两个孩子的父亲。
病人急需输血，吴登云不顾长途巡诊的劳累，坚持给病人献血400CC，而且在医院有一个不成文的规定，医护人员要随叫随到为病人输血。手术结束以后，吴登云累得精疲力尽，吴燕赶忙把他搀回房间。
吴登云还亲自种树阻挡风沙，想把新疆变成江南一样山清水秀，吴燕带着儿子去参观树林，儿子发誓将来长大也留在乌恰当医生，吴燕心里倍感欣慰。吴燕身体不舒服，依旧加夜班，吴登云很心疼。吴燕强忍身体的不适，坚持送重病患者去乌鲁木齐，临走前，吴燕给父亲留下一封信，支持父亲继续留下来，她也要像父亲一样为牧民们服务，吴登云看到这封信，感动地热泪盈眶。
吴燕在运送患者的路上遭遇车祸，因医治无效死亡，同事们得知这个消息，都伤心地无以复加。此时，吴登云在牧区巡诊，他完成工作离开，牧民们把他送出去很远，吴登云转身，仿佛看到吴燕骑马走在最前面。
吴登云在新疆工作50年，无偿献血7000多毫升，走遍了乌恰九个乡30多个自然村，无怨无悔为牧民治病，被牧民称为“白衣圣人”。