该剧讲述了在抗日战争相持阶段，八路军三五九旅连长老周（任帅饰）带领部队开垦南泥湾的故事。 提起南泥湾，大家会不约而同的想到歌唱家郭兰英的歌曲《南泥湾》，“南泥湾好地方好地呀方 好地方来好风光。”然而鲜为人知的是1942年前的南泥湾还是一片荒无人烟的不毛之地，电影《南泥湾》讲述的就是1941年春，八路军一二0师三五九旅长兼政委王震的率领下，连长老周（任帅饰）奉命开进南泥湾，披荆斩棘，开荒种地，风餐露宿，战胜重重困难，广大官兵硬是用自己的双手和汗水，将荒无人烟的南泥湾弯成了“平川稻谷香，肥鸭遍池塘。到处是庄稼，遍地是牛羊”的陕北好江南。

1939年国民党制造两次“陇东事件”，我陇东地区军民对国民党进攻反击，使陇东相对稳定。国民党对边区进行封锁，中央号召“自己动手、丰衣足食”并重申统一战线。国民党派特务进入延安，破坏大生产并进行分裂活动。在南泥湾先遣团进入南泥湾后，特务鼓动闹事，积极发展“组织”，后被先遣团抓获。先遣团与当地土匪交战，取得全胜。南泥湾开荒种地，先遣团克服种种困难，使得大部队在边区得以生存并壮大。缪戈英与邹元军结婚后进军新疆，邹元军率队穿越“死亡之海”，反动武装慑势未敢妄动，新疆生产建设兵团成立。缪戈英和邹元军后又转战北大荒。

百年前，南泥湾人烟稠密，水源充足，土地肥沃，生产和经济都十分繁荣。到了清朝中期，清统治者挑起回汉民族纠纷，互相残杀，使这里变成野草丛生、荆棘遍野，人迹稀少，野兽出没的荒凉之地。后来，中国共产党解放了南泥湾。从此南泥湾成了中国共产党解放军垦事业的发祥地，是南泥湾精神的诞生地。