1937年7月7日抗日战争爆发，129军386旅新1团团长李云龙率部凭借过硬的战术战法，越战越勇，惹敌人闻风丧胆。在与日本坂田联队的交战中，成功从正面突围并干掉了坂田。同时，国民党晋绥军358团团长楚云飞也注意到了这个非同凡响的李云龙。 因李云龙抗命，上级决定，让准备去延安学习的28团团长丁伟代替李云龙的原职。而调李云龙去后方做被服厂厂长。 日军派出战斗小分队，突袭了386团，因团长指挥不利，致使全团损失惨重，总部首长不得不再次抽调还背着处分的李云龙去386团任职。
李云龙接到命令，带着被服厂的200套棉服来到386旅独立团，在路上，原团长孔捷向李云龙介绍战情。并指出这次鬼子的打法较以往有所不同，他们三人一组，弹无虚发，还专门照人头上打。李云龙了解情况后，平复了孔捷的不满，并任命其为副团长。在两人的努力下，旅长喝下孔捷奉上的酒，败军而后勇，全团将士士气大振。 日军利用中国俘虏进行训练，在少林寺练过功夫的魏大勇请战，出手不凡，徒手干掉鬼子军官，夺枪并带领众俘虏逃离。组织上派了赵刚做独立团政委。赵刚在归团路上搭救了刚刚逃出虎口的魏大勇。魏大勇向李云龙提供了鬼子利用战俘进行徒手杀人训练的情报后，受李云龙邀请留在军中。
根据丁伟的暗示，李云龙找到了国民军骑兵营，并派孔捷带领一营去万家镇偷袭。赵政委也慢慢开始理解李云龙的行为。随着骑兵精锐连长孙德圣的到来，骑兵连开始训练，并初见规模。 1940年，日军增援部队挺进晋察冀，抗日开始了第二阶段的作战，日军华北派遣区大队长山崎冶平，在一次部队行进中，偏离了预定行进方向，偶然发现了我军兵工厂，大举进攻。我军损失惨重，总部发出命令，包围消灭长崎大队。并最终派出了368旅独立团。
李云龙带领部队依托掩体工事，投掷手榴弹，打得长崎部队阵脚大乱。李云龙从新一团带来的得力助手张大彪带领突击队趁机挺进，刀枪混战，山崎大队全军覆没。骑兵连伤亡13人让李云龙心痛不已。日军驻山西一军司令莜冢义男身后两员大将都败在李云龙手下，这使其不敢小看李云龙这个人。 李云龙在赵政委的帮助下开始学识字，学文化，并带领战士们进行一对一的实战训练。李云龙炖了一大锅肉作为奖励，在全团找出武功过硬的战士组成加强排。日寇军也受到宫野参谋长的命令，对特种部队的训练越发重视。
李云龙炖了一大锅肉作为奖励，在全团找出武功过硬的战士组成加强排。日寇军也受到宫野参谋长的命令，对特种部队的训练越发重视。二战区国民党团长楚云飞奉命作为友军来独立团学习交流，楚云飞赠枪给李云龙，面结同心。李云龙通过调查得知，白家村的官兵和鬼子有勾结，遂决定以征面为名，钓大鱼上钩，狡猾的山本却恐其中有诈，不敢轻举妄动。在谈论军事的过程中，李、赵二人和楚消除了隔阂。此时，张大彪来报，说白家村面粉已经筹到。总部发现日军9旅向前行进了四十米。加紧派人调查，到底是什么刺激了他们。
次日，正打算出发的李云龙收到总部来电，赵参谋早已在第一时间把李云龙的决策报告了上级，上级掌握到敌军情况有变，立即下令取消了计划。并派独立团保证总部安全，李云龙又私自率一营留守。留守后的突然袭击，打破了日军的计划，在进攻总部的途中，日军观摩团部队全军覆没，而保卫总部的赵刚二营却受到了日军特种部队的强劲围困，师长不得不撤离本部。最终，赵参谋胜利完成了任务。
1942年日本司令冈村宁次对晋中进行了残酷的大扫荡。驻晋第一军司令官筱冢义男，奉命制定了针对性极强的A号作战计划，八路军部队损失惨重。之后八路军制定了与民兵相结合的战略，开展了麻雀战、地雷战、地道战等战术，与之周旋。李云龙的部队也在战斗中损失惨重。骑兵连在最后的对决中在没有子弹的情形下，用刺刀战斗到最后一刻。独立团也只剩下了不到一个连的人手，在辛庄和鬼子进行了最后的防御战。敌人的嗅觉越发灵敏，直逼总部，八路军副参谋长在指挥机关及部队突围时壮烈牺牲。
李云龙的部队和鬼子玩起了“挑帘战”，为了防止敌人的炮轰，不得不先把鬼子放进村里，再在晚间兵分两路进行突围。突围过程中，李云龙生病打起了摆子。路上，李云龙一行碰到了日军扫荡村庄，为了掩护老百姓，李云龙下令开枪，以吸引敌人兵力，百姓顺利撤退后，重病在身的李团长执意要留下掩护大家，情急之下魏大勇打昏李，背其转移。日军发现后，欲活捉两人。魏大勇把李云龙拖至村中一空房中隐妥。赵刚带领部队俘虏了一批驻守伪军，乔装成伪军的赵刚部队，顺利与赵家峪村民兵会合，在妇卫会主任杨秀琴同志的帮助下，按预定路线，回返寻找李云龙。紧急关头，赵政委及时赶到，打散日军包围圈。
秀芹县城接头，回家的路上受到两名日伪骚扰，秀芹用李云龙给的枪将二人击毙，缴获了枪上交李云龙。日军抓到独立团干事朱子明，在凌迟手段恐吓下，供出自己身份。钱伯钧与郑谦一两人的见面颇有些意味，平田一郎特使的身份让郑谦一使出浑身解数收编钱等人。 楚云飞的部队与日军大战将至，手下钱伯钧的队伍却出现了异常。楚遂决定去探一探钱伯钧是否反水。而钱的反水迹象也传到了李云龙的耳里，两方各自商讨着如何应战。 钱伯钧最终道出心意，决意投降作伪军，楚云飞不理解他的心意，而钱却有自己的一套道理，钱伯钧的队伍以枪要挟楚，就在此时，李云龙收到警报，意识到楚有危险，他迅速布署，为楚的战斗胜利立下汗马功劳。战斗胜利后，楚决定自己收拾钱伯钧，清理门户收回面子。
秀芹缴获两支日军枪支交给李云龙。日军抓到朱子明，在凌迟手段的恐吓下，他招供出自己的身份。钱伯钧与郑谦一两人的见面颇有些意味，平田一郎特使的身份让郑谦一使出浑身节数拉拢钱等人加入日军的战营。日军采取步步蚕食的作战方式进军，而钱伯钧的队伍却出现了异常。楚云飞火气冲天，决定去探一探钱伯钧是否反水。而钱的反水迹象也传到了李云龙的耳里，两方各自商讨着如何应战。 钱伯钧最终还是道出心意，决定拉出队伍，楚云飞不理解他的心意，而钱却有自己的一套道理，全部钱的队伍以枪要挟楚，就在此时，李云龙收到警报，钱已动手，李云龙意识到楚有危险，他迅速布署，准备战斗。战斗自然全胜，楚决定自己收拾钱伯钧，清理门户收回面子。另一面，秀芹再次找到李云龙，让他给妇救会讲课，两个人拉拉扯扯，让李云龙更加为难。
山本在向筱冢义男汇报战况时，指出：楚云飞的战略思想不容忽视，另外楚云飞这个人，也值得关注。因为他是一个不会消极避战只会主动出击的职业军人。深夜秀芹主动找到李云龙，并向其表白心声并让李云龙娶她当婆娘。李云龙嘴上说等抗战胜利后再说，可还是忍不住拥抱了秀芹，山本致电莜冢义男，说自己已对赵家峪村周边各部的地形及防御能力进行了侦查,并准备等待时机突袭赵家峪。李云龙和魏大勇化妆成商人，进城密会楚云飞。在城中偶遇功夫不俗的段鹏，并将其招至部下。李、楚二人在茶楼会面会面时，楚云飞欲讨回李云龙在李家镇兵变时趁机收缴的装备，遭到李云龙的拒绝。面对李云龙的赖帐，楚云飞亦感无奈。李、楚二人几乎同时得到情报，宪兵队长平田一郎是夜要在聚仙楼摆酒为自己祝寿。面对此情报，二人一拍即合，遂赶去赴会并联手将平田一郎及赴会的日军军官全部击毙。
李云龙赴会的情形在赴宴当晚被摄影师无意拍了下来，这让一直不知李云龙何许模样的莜冢义男很是高兴。他在见到李云龙照片之后评价说：李云龙，虽然不过是一个不成熟的民族主义者，但是如果这样一个人出现在合适的场合，便会惹出大乱子。李云龙深夜查哨路遇，早已在村口等候的秀芹要李云龙尽快娶她，可李云龙坚持要等抗战胜利后再说。秀芹一气之下找到政委。赵刚答应为秀芹做主并亲自找到李云龙，并要求李云龙尽快与秀芹完婚。正当全团上下为团长李云龙的婚礼忙得热火朝天的时候山本特种作战小分队出发了。
李云龙和杨秀芹在村里成婚，战士们都来助兴。日军山本的特种部队也恰在这个时候决断进行突袭。朱干事暗中给敌军透露了此情报，日军觉得这恰是个进攻好机会。李云龙的责任心让他在新婚之夜也没忘了查哨，在查床的发过程中现朱干事连人带枪出走以后引起李的警觉紧急集合，两军交火日寇抓走了家中的秀芹，并焚村，李云龙拖着受伤的赵政委和仅存的八名战士突围离开山本部队，来到将军岭遇楚云飞部队。楚奋勇出击，山本提出和谈。在双方僵持的时候残余力量趁机逃跑至平安城。李云龙得到消息，命各营队迅速集合。汇合后的各个营扩展力量已接近万人。
李云龙指挥部队准备解放县城并救出自己的老婆。山本部队向莜冢义男求援。新1团也得到情报决定放过敌人小批骑兵，阻截日军步兵，大力支援李云龙的解放县城战役。楚云飞的358团也发现了日军部队的变化，同样决定增援。阻击拖延了时间，间接支援了李云龙部队的攻击。随着平安镇外围的高地失守，增援的部队也把日本援军挡在了路上。县城即将失守，山本想利用抓来的秀芹做文章，试图和李云龙谈条件。为减少部队人员伤亡，李云龙仍旧选择了牺牲秀芹，并向着城墙上开了炮。
李云龙安葬了新婚妻子，总部对这次战果颇丰的战役给予了很高的评价。在旅长的工作室李受到上级指令，未经请示进行战斗与战斗的成绩功过相抵。李云龙去探望养伤的赵刚，偶遇医务室的护士小郑。赵刚一方面对李云龙的战斗胜利表示喜悦，同时也对自己如果在场的后果流露出一丝担忧。楚云飞将两个营的兵力驻守在李云龙团部所在地——大孤镇，此举激怒了李云龙。李云龙亲自登门楚府，要与楚云飞理论理论。
楚、李二人在此问题上未能达成协议。楚云飞的运输队在运输粮食衣被途中遭到黑云寨土匪谢宝庆一伙的围截，回城途中巧遇孔捷骑兵，孔捷替其夺回了物资。李云龙请新一团和新二团团长一起喝酒，饭桌上提出三团统一调配的方案，并要孔捷先不要还前日的被劫物资，还派八路军驻营中央军营地对面，目的是抵挡住楚云飞的大孤镇双营，为日后的国内战争作准备。楚双营开始慌了手脚。楚云飞想带领部队攻打黑云寨，李云龙得到消息后设路卡阻挡楚友军的粮草路线。孔捷也向前来索要当日被扣物资的358团参谋解释此物资被李云龙截走，被逼无奈的楚云飞笑言这次自己失算。
楚云飞找到李云龙要把大孤镇的三个营撤掉，李云龙装作不知情，张大彪解释这是师部要求的军事演习，李也假意要先与上级汇报。楚云飞的部队粮草皆断，不得不提出先撤兵。楚云飞围剿谢宝庆的事情被新二团孔捷知道，孔捷找到楚云飞提出收编黑云寨，楚云飞再次收剑回鞘。和尚陪新兵段鹏回家看望重病的母亲，在青云镇遇到日伪路卡。两人将枪藏在老鸦窝里，不曾想通关时因为身强力壮被伪军抓去给日军修炮楼。两人在工地上假意打架，引来看守的5名日本士兵，并将其干掉，其后与赶来援助的其他日本兵展开了枪战。紧要关头独立团派来的战士将两人救出。孔捷与谢宝庆谈妥收编事宜。楚云飞进驻安化城。和尚在送信途中遇到谢宝庆一伙劫财，和尚出手自救杀死了几个匪徒，被后来赶到的二当家山猫身后偷袭，惨死黑云寨。李云龙得知不由孔捷劝说，带领一个营围剿黑云寨，寨主谢宝庆逃跑，李挥刀让二当家偿命。养伤归来的赵刚没能来得及阻止李云龙。
因为砍死二当家的事情，李云龙被降为一营营长，团长职务由赵刚代理，记大过处分一次。楚云飞缴了区小队的械，发请柬邀请李云龙，言明非李至不还。赵刚反对李前往，认为这是鸿门宴，两人起争执。楚云飞的确接到上级指令除掉李云龙，楚云飞痛下决心，将个人情感让位于政治。李云龙赴宴，楚云飞提出收编李云龙来楚部队，做副师长，并提出取消安化共产党的边区政府，遭李云龙的婉言谢绝。席上一番话李云龙吐露自己是缠了一身炸药来赴宴的，让楚云飞不得不撤下了事先安排好的兵队，送李云龙打道回府。
日本宣布无条件投降，石川少佐在马关据点的部队接到命令，缴械给中央军。八路军386旅李云龙的独立团抢了准备接受缴械的中央军衣服和装备，抢先接受了缴械，楚云飞的部队扑了空。两支部队因此激战一夜，均伤亡惨重。几天后楚云飞部队某营正在接受伪军投降时，再次遭到八路军的包围，国军伪军一起缴了械。其后内战爆发，作为华野某纵队2师师长的李云龙请示调动中野的赵刚来2师作政委。李云龙的部队再次和楚云飞的89师交锋。李云龙带领突击小分队直缴楚云飞指挥部，楚先一步逃离。俘虏的敌人中找不出高层将领，李云龙便让俘虏进行5公里长跑，不久大鱼们就纷纷落网。上级派遣赵刚去政治部，李云龙为了留下赵刚，假意冲动，激将法并没挽留住赵刚。李云龙将俘虏来的军乐队送给赵刚当礼物。司令下令李云龙抢占赵庄，李与楚两冤家再聚头赵庄。
李云龙和具备优良美式装备的楚云飞在徐蚌会战中过招，双方都损失惨重。李云龙派侦察兵夜闯楚军炮兵阵地，摧毁国军的榴弹炮阵地，破坏八枚榴弹炮，俘虏一名炮兵参谋。楚云飞的炮兵参谋被李云龙次日释放，临行前让其捎张战略地图回楚师。炮兵团到位，司令部决定用炮兵阵营换下李云龙的二师。随着援兵的到来，楚云飞的部队节节败退，阵地失守。李云龙找到赵刚，希望赵刚把俘虏军借自己补充兵力，赵刚应允。楚云飞看到参谋带回的地图，形势对己极其不利，迁怒于被俘虏的于参谋，将其枪毙。在歼灭黄百韬的战斗中，李云龙又突发奇想，没有按照既定战略计划，反转部队前行方向直捣楚部队后腰。
李云龙部队误打误撞闯入了敌人74师师部，一通乱打为七纵十纵部队打开了局面，缴获的大量枪支弹药。军用物资被同样通过村子的五师发现，两部队为争战利物资起了争执，李云龙一贯的阳刚作风夺回物资。总部派赵刚接应原来同为燕京大学同学、一直埋伏在国军部队中的特工——黄维兵团110师副师长陈少游，为八路军提供军需物资作为后防保障，里应外合，八路军一举歼灭黄维兵团，赵刚顺利完成任务归队。李部队穿上缴获的国民军战服与楚云飞进行了最后的对决，两人均身负重伤。李云龙被送往前线医院救助过程中需要输血，O型血的护士田雨主动献血。赵刚闻讯赶到，阻止了听说李云龙生命仍有危险，对医生不敬的李云龙部下段鹏。在病榻前，赵刚对李云龙过去点滴的倾诉让李从昏迷中苏醒，门口倾听的田雨也深深被打动。
病床上的楚云飞还惦念着李云龙，为两人各为其主而无法成为挚友甚至今后无法再相见而扼腕。89师失利，国军80万部队损失殆尽。医院政治处主任罗万春张罗着给护士田雨介绍对象，田雨不从，赌气离开部队要过江。赵刚放心不下李云龙，送来两箱汾酒为其解苦。李云龙对之前的护士阿娟的护理表现出极大的不满，院里决定换田雨为李云龙护理。在悉心照顾李云龙的过程中，田雨和李云龙的情愫也渐渐打开。与此同时，部队给李云龙派来了新的警卫员“小木匠”陈晓春。
王副军长来电给罗主任，他原来也看中了田雨，得知田雨正和李云龙交往后表示要两人公平竞争。李云龙向赵刚倾诉了自己对田雨的爱慕之情。李云龙在罗主任处偷摸喝酒的事情被田雨发现后，李云龙主动上交了“杏花村”。田雨向李云龙倾诉了自己因为罗主任天天给自己介绍首长结婚而不想继续在医院工作的事情，李答应帮她想想办法。王副军长来到医院找小田，三人对峙，罗主任夹在中间费力不讨好。李云龙觉得王副军长眼熟，原来在肃反运动及其后的松云岭战役中曾经有过交往。王副军长自知在当年的运动中理亏，不再纠缠田雨。
李云龙给赵刚写了一封信，希望部队胜战后两人还能做搭档。全医院的人都看出了李云龙和田雨的非正常护理关系，只有田雨还天真的以为两人不过是好朋友。李云龙的病基本痊愈了，打算出院出院之前李云龙向田雨摊牌，希望田雨能一起走并嫁给自己。田雨经过半个小时的深思熟虑，只求李云龙尊重自己父母的态度。李云龙到田家拜会其的父母，希望征得二老同意。鲁莽的李云龙和书香出身的田雨父亲产生了分歧，夺门而出，在院子里自行罚站以表决心。
田墨轩同意了李云龙和田雨的婚事，这让李云龙和田雨倍感欣喜。洞房中二人立下互不背叛的誓言。1949年11月，楚云飞率残部撤离大陆并登上“青云号”护卫舰，向台湾驶去，登舰前他只捧起了一把祖国的泥土带在了身边。1950年底李云龙伤愈归队，并被任命为C军代理军长。同年朝鲜战争爆发，李云龙多次请求率兵赴朝未被批准，李云龙无奈只能满怀怨气在作战室里“纸上谈兵”。李云龙和田雨因一幅油画和一架钢琴发生争执，这让田雨很是伤心。在家庭矛盾渐渐暴露之时，冯楠成了田雨唯一的倾诉对象。田雨怀孕后李云龙对田雨的态度有所缓和，并主动向田雨认了错，还让田雨以后看他的实际行动。
赵刚的婚事一直让李云龙牵挂在心。当李云龙得知田雨的同学冯楠要来军部时，认为战机已成熟，便佯装旧病复发，将赵刚诓到军部。赵刚到了军部之后得知被骗后大发脾气，并扬言不见冯南。可谁知当赵刚和冯楠见面后，二人却谈的很是投机。李云龙奉命到南京军事学院学习，可没想到一到军事学院就因为自己晚报道两天而被罚扫马路。李云龙在学习期间因教员曾是自己的俘虏而捣乱课堂、顶撞教员、聚众起哄，他因此遭到院长批评，不但要写检查而且还要当着全体学员的面向教员道歉。后来李云龙在孔捷的感染下也对学习发生了浓厚的兴趣。
李云龙在军事学院表现一直不错，并经常研究登陆作战的战例和战法。院长很高兴，并要求李云龙对岛屿登陆作战进行有针对性的研究。田雨来信说儿子已经出生，并在信中要李云龙抽空去探望自己的好友张白鹿。张白鹿见到前来探望自己的李云龙之后便很快对李云龙产生好感，没过几天张白鹿就不请自来并邀请李云龙参加舞会。而后又不断地约请李云龙去听戏、看电影。张白鹿对李云龙的攻势让孔捷有些不安，孔捷便时常提醒李云龙注意。1955年1月人民解放军发动一江山岛战役，不到二十个小时便攻破了国民党军号称功不破的钢铁堡垒。张白鹿渐渐爱上了李云龙，经常请李云龙到家中做客。与此同时张白鹿的善解人意也让李云龙有点不知所措。
军事学院放假，李云龙回家看儿子，在家中因为儿子名字的问题又与田雨发生争执。田雨父母来访，在其谈到军事与经济的关系时，田雨的父亲与丁伟和李云龙的意见发生了分歧，并引起争执，李云龙也为此大发脾气。可渐渐的田墨轩的战略眼光却引起丁伟的极大兴趣，田墨轩的论断启发了丁伟和李云龙，二人在交流中确定了自己的毕业论文方向。李云龙回到军事学院后依旧不断到张白鹿住处赴约，甚至酒醉后夜不归宿。孔捷发现后认为事情比较严重，果真如他当初所说致电给田雨并要求田雨来军事学院看一下。田雨接到电话后悲痛不已，并打电话给冯楠诉苦，并准备与李云龙离婚。然而在冯楠的一番劝慰下田雨决定去南京追回李云龙。
田雨到军事学院探望李云龙，这让李云龙有些不快。然而田雨的真诚却深深打动了李云龙，李云龙也将自己与张白鹿的交往真相和实情一五一十的和盘托出。此时张白鹿突然出现，三人在经过一番交谈过后李云龙最终还是选择了田雨，张白鹿痛心不已掩面而去。李云龙和田雨到北京探望冯楠和赵刚，李赵二人大醉。赵刚嫉恶如仇的性格让李云龙有些担心，赵刚的正义感和良知也让冯楠整日忧心忡忡。
李云龙回到南京军事学院不久便和孔捷、丁伟一起因授衔问题对上级首长有些意见，故在集合时不换五五式军常服。院长语重心长的批评了三人，三人承认错误并要求完成毕业论文后参加国庆阅兵。孔捷在写论文的时候谈起了朝鲜战争，感慨万千，三个将军陷入沉思。最后李云龙确定了自己论文题目：《论军人的战斗意志－亮剑精神》。李云龙的论文受到学院上下一致好评，并在毕业前夕被授予少将军衔、独立自由勋章、八一勋章和解放勋章。在天安门广场的阅兵仪式上李云龙和战友们缓缓举起右手向军旗敬礼。