1941年秋，日军集中5万多兵力对我山东八路军根据地进行扫荡，以多路多梯队分进合并，铁壁合围，企图一举摧毁根据地，消灭我领导机关和主力部队。八路军115师独立团3营坚守沂蒙山某阵地，战至最后一人，但还是让日军撕开一个口子，营长赵大鲁在战后被抬回去抢救。在敌众我寡的情势下，总部首长决定将部队、机关化整为零分批突围，保育院也在转移之列，把孩子交给老百姓并不安全。
田小二在厨房里故意闹事，他想被开除，保育院王院长要拉他去见祁政委时田小二才承认错误。八路军被服厂在转移途中被日军袭击，保育院转移的时间还没消息，三团郝团长转移前找到王院长将一封信交给她。日军的铁壁合围计划进展没想象中的顺利，日军第十七师团中将细川元敏命人寻找八路军总部。
保育院的胖嫂十分乐观，祁政委的研究撤退线路时被儿子豆豆打扰，豆豆被训斥，豆豆妈进屋后让他去院里等着，豆豆才回到两人身边不到半年，她想将豆豆交给王维若，但祁政委准备解散保育院。王维若了解情况后找首长反映情况，她拿出家长们的信读起来，那些信实际上就是写的遗书，首长们听完后都流泪了，王维若提出保育院转移的条件。
田小二是保育院的混世魔王，他也想上战场打鬼子。王维若回到保育院后准备给孩子们新增课程，他们要做好长行军的打算，新来的医生吕振邦要和保育院一起转移，保育院里大多数是烈士们的孩子，他们转移时祁政委将腰上的配枪交到王维若手上，还将田小二叫到跟前嘱咐一番，田小二看到他口袋里的怀表后借拥抱之机将它偷走。
日军飞机突然袭击15师独立团驻地，随后日军骑兵发起攻击，八路军的撤退迫在眉睫，祁政委最担心保育院在撤退途中遇到危险，他想起赵大鲁。赵大鲁的右手残废，但经过康复训练还可能恢复，他急于返回部队。王维若率保育院来到贾家峪村，护送他们的只有一个班的兵力。赵大鲁因伤要算在医院的转移编制，但他穿起军装要返回战场，刚一上马就从上面摔下来，等再上马时被祁政委拦住。祁政委安排“神枪手”赵大鲁前去协助保育院安全突围。
赵大鲁不理解祁政委的做法，他拿起枪要将子弹上膛时才意识到左手不行，祁政委命令他坚决完成任务，赵大鲁只好前往，护送保育院的警卫班是从部队首长身连抽调的，赵大鲁决定马上出发，他有两个条件，祁政委将他的马送给赵大鲁，赵大鲁还想完成任务后返回前线，祁政委答应下来。
日军对村庄进行侦察，田小二和祁豆豆在屋内打闹，祁豆豆看到他爸爸的怀表在田小二身上，田小二谎称是祁政委送的，那怀表是周副主席送给祁政委的结婚礼物。保育院转移人员在贾家峪村的一户村民家中住下来，侦察日军听到喊叫声音后前去查看情况，邵班长将明哨改成暗哨。
吕振邦帮村里妇女生产，胖婶的儿子小胖偷吃馒头时被胖婶发现，他也是饥饿所致，王维若劝说之下才分开两人。侦察的一名日军被警卫班打死，另一名逃走，邵班长建议连夜转移。日军得知保育院的情况后猜想贾家峪村的是师级以上部队，他们决定马上赶过去。吕振邦为孕妇做手术，主要是孕妇胎位不正。保育院在老乡贾旺财的指点下连夜赶往后山躲藏。
贾旺财的老婆经过手术后顺利生下一名婴儿，贾旺财打算将老婆送到大伯家中，还给儿子取名邦邦。日军来到贾家峪村时贾旺财送吕振邦上山，贾旺财的老婆和儿子邦邦留下在村里，贾旺财赶回家时被日本人抓起来，他媳妇也被带出来，日军要知道八路军的下落，被逼之下贾旺财只好带日军上山，邵班长准备在山口阻击日军，王维若继续向山里进发。
贾旺财的媳妇因怒斥日军时被杀害，邵班长带人对日军发起攻击，贾旺财借机躲藏起来。
王维若和于老师回到山口时看到邵班长等人已经牺牲，日军的尸体也倒了一地，王维若拉着于老师离开，她们要带着勇气继续前往。赵大鲁路过贾家峪村时带走了贾旺财媳妇手里抱的孩子，他也在不时地寻找保育院，王维若回去后向孩子们说起邵叔叔等人去打日鬼子了，剩下的路要他们自己走，田小二等人不惧怕前方的困难。
孩子们看到王维若和于老师留眼泪，于老师担心贾旺财会继续出卖他们，还指责胖婶话多，到李家村还有两天路程，途中遇到的情况都是不可预料的，于老师建议往回走再让祁政委保护他们，王维若表示反对，她坚持要去李家沟。赵大鲁在途中为保护婴儿让马趴下再坐上去，荒郊野外也没法找吃的东西，婴儿因饿哭叫的厉害，赵大鲁听到羊叫的声音后悄悄摸过去将羊捆起来，那羊正好有奶，赵大鲁将奶挤出后放在葫芦里喂给婴儿，他为其取名叫棒棒。
祁豆豆向吕振邦问起邵叔叔是不是牺牲了，田小二明白他们已经死了，吕振邦不好回答，她为孩子们讲明道理，王维若让于老师带孩子们唱歌来分散他们注意力。冈村命人活捉保育院的孩子们，他们想以此来要挟八路军的作战部队。赵大鲁牵着马来到保育院休息的地方，他一眼就认出王维若，还拿出祁政委的信，王维若集合队伍，她看出赵大鲁带来的羊是偷来的，赵大鲁让他们换上衣服后马上离开，王维若接过赵大鲁手上的婴儿。
吕振邦认出那婴儿是自己接生的邦邦，身上还发现那个穿透的核桃。田小二找赵大鲁聊天，他自称十五岁，赵大鲁看出他志气不小，田小二不想和女人们呆在一起。日军准备在半路上拦截保育院，清水认为活捉他们不成问题。赵大鲁催促王维若马上出发，李呼噜学田小二变魔术而吐了弹壳，吕振邦让他平躺下来，还安排胖婶找野韭菜服下，等李呼噜拉屎的时候再看情况。日军通过飞机空降特种兵跟随清水去执行任务。
于智华拿着干粮给赵大鲁送去，她听说过他做手术的情况。日军在贾旺财的带领下踏上寻找保育院的道路，贾旺财还不知道媳妇已死。王维若听人说起过吕振邦的事迹，吕振邦曾给很多大人物看过病，李呼噜拉出弹壳后众人收拾行装准备出发。