珠海航展上的惊鸿一瞥，朱日和沙场上的亮剑检阅，具有世界先进水平的新型战机横空出世，凝聚着中国几代航空人的心血。
早在上世纪80年代，由于种种原因，正在研制中的战机被迫下马，江川等年轻的飞机设计师们不得不转入民用产品的研发;但民品的销路也成问题，于是人心惶惶，大家不愿再做这种“不务正业”的事情，纷纷递交辞呈准备去南方“下海”，就连首席试飞员高翔也考虑进入部队机关工作……这时总设计师万知远从北京赶回，带来了国家决定上马型号战机工程的重大喜讯，一下重新燃起了江川等航空人的梦想与激情，大家欢呼雀跃终于有了为航空事业发挥作用的平台!但是前所未有的困难接踵而来，江川和高翔进入攻关小组，展开了飞行员参与“电传操纵系统”的艰难实验;为了飞机上天，江川和同样是飞机设计师的妻子张琪心力交瘁，无法照顾儿子江小海，导致江小海高考落榜，跟随技工“肖一刀”当学徒;而高翔则因为高强度的飞行训练和试飞员所面临的风险，女友与他最终分手……就在历经磨难、型号飞机的设计就要定型之际，江川又发现了飞机设计存在缺陷，需要做出给飞机“修形”的重大决定;与此同时，飞机发动机的叶片打坏、首席试飞员高翔被停飞、妻子张琪面临瘫痪的危险、万知远积劳成疾不幸去世……在这一系列挫折和打击面前，江川胸揽大局，家国情怀，以航空人超强的责任担当和百折不回的战斗精神，力排万难，终于带领攻关团队完成了型号飞机的研制。
首飞当日，高翔驾驶着最新型、最先进的型号战机一跃成功。人们激动地唱起了《歌唱祖国》，歌声雄浑激昂，与战机的轰鸣声汇合成气势磅礴、震彻云霄的交响……