1959年，夏末秋初，一场大旱让原本就常年缺水的林县山区，水成了奢望的生活必需品。上下疙瘩村是岩上岩下相邻的两个村子，大旱之年，两个村子都缺水，共同依靠一处断崖缝隙下滴答的一点水度日，这里被称为“龙王鼻子”。两村对取水有商量，但上疙瘩村石家石水生破坏约定，强行接了一罐子水，下疙瘩村对此感到不满，下疙瘩村顾家顾大海领头找石水生要说法，两村因此事闹了起来。石家和顾家分别是上下疙瘩村的大户，因为水的问题
引水修渠会议上，林捷部署去境外寻水，为将来修建引水渠做第一期的勘测，引来童昆的一连串问题。去林县祭祖的桑老汉回到山西平顺，石家曾对桑家有恩，所以桑老汉想让女儿桑红嫁给石水生。吴念祖面对妻子李惠贞的离世，下定决心离开林县。林捷得知吴念祖要离开林县，便追到车站，挽留吴念祖。林捷把他带回第一次认识林县的山间，再次提起当年他们立下的约定，恳求吴念祖继续留下来为林县修渠引水。
林县县政府为了旱情、解决群众的用水问题，林县群众一起开始寻找水源。李明阳担心寻水工作有很多的困难，不仅加大了县委的工作量，还不能解决百姓的实际用水问题，找到林捷商量。冯筱怡心疼丈夫，默默支持他。石头爷担心上疙瘩村的牲畜不够用，想去下疙瘩村顾大海家借牲畜拉水。但石家和顾家两家不和，早在两位老人年轻的时候，两个村子争水，之后三十年两家没有来往。但为了寻找水源，石头爷决定放下面子，他亲自上顾家求和，协商
石水生和顾大海相互看不顺眼，两个人都挑头要做运水队的队长，最终两个村子还是没有达成一致，石家兄弟和顾大海兄弟，都自愿带领一支寻水队去寻水。就在村民因缺水而困难之时，石水生先一步带回了水，解了林县的燃眉之急。石头爷不顾往日矛盾，命自己的儿女带水救人，石顾两家的矛盾一朝得解。石水生和顾大海的寻水成功给林县县委打了一针强心剂，在得到上级的同意后，林捷决定分成三个工作组，第二天就展开寻水行动。
经过实地考察，余副书得知了林县旱情的真实情况，认同必须先解决水的问题。经过协商后，寻水队分成了两支队伍，一支是村民的自发寻水队，另一支是由吴念祖领头的工作组。自发寻水队找到了水，路上二瞎子为保水掉落山崖离世，而工作组这边也因为道路的选择产生分歧，水生和吴念祖争论不休，最终在孙士厚的劝说下，采纳了吴念祖的意见。一场雨缓解了林县的旱灾。
测量渠线的事迟迟不动工，村民开始担心，而一向支持林捷的高书记给林捷分析了当前的大环境和经济形势，不同意修渠。余副书记与高书记亲自来到林县，监督林县的秋粮生产工作。余副书记看到“修渠筹备小组”的牌子很生气，严厉批评，并命令立刻撤下牌子。当余副书记和高书记就看到了林县缺水的惨状，两人终于理解林捷的决定不是任性妄为，宣布了省委同意修渠的指示。
勘测队即将动工去到大王屯，水家老爹来送别三个子女，嘱咐水生到了大王屯要去看“茂林叔”，他曾经也是林县的人，也许可以帮上点忙。一伙人赶路，桑红来迎接帮忙安排住宿，水生与桑红发生口角，带着一小伙人不服从安排，非要自己找住宿，并找到了茂林叔借住在他家，结果茂林叔就是桑红的爹，最后除了水生，勘测队都住在了茂林叔家。平顺县委给出态度，支持修渠，但要修建水电站。勘测队开展工作，在崇山峻岭之间，艰难进行着测量。
吴念祖因为水莲受伤，水莲却为此感到高兴。水莲发现吴念祖穿的鞋破损，没穿自己做的新鞋，问对方缘由，吴念祖声称“鞋不合脚”，一语双关拒绝了水莲，水莲伤心。随着“引漳入林”工作的持续开展，顾家和石家也慢慢解开心结，团结在一起修渠引水。但修渠引水没有得到上级的支持，林县引水工作困难重重。林县再次提交计划，地委对引漳入林的行动依旧不统一，只能上报上级。
再次勘测后，数据无误，林县众人等待省委决定，林捷忧心忡忡，安筱怡告诉林捷自己被安阳研究所录取了，林捷特别支持，安筱怡为稳定军心，放弃了调动工作。水莲依旧不放弃，给吴念祖做了很多鞋，吴念祖不肯收，还当面送了别人，水莲气愤离去。上级调查村民余粮，被乡民对“引漳入林”的决心鼓舞，乡民更扬言砸锅卖铁也要修渠，林捷终于决定动工，大伙都干劲满满，但资金不足，只能努力。
林捷想赶在年前拿到上级批文，正月十五一过马上动工，上级得知林县准备正月十五正式开工，受之前童昆的影响，余副书记提出了自己的担忧。林捷听不进岳父修渠要讲科学的担忧，两人有些不愉快，夹在中间的妻子冯筱怡有些难为情，为了不给女儿添麻烦，父母两人一起离开了林县，留下一笔钱支持水渠建设，并让冯筱怡转达自己的解释。修渠引水需要大量钢材，李明阳去到钢厂找老同事老王寻求帮助。
上级召开会议商量引漳入林工程的具体事宜，石水生等人在乡间组织施工队，顾秀芳也成立了一支铁姑娘施工队。林捷让宣传部工作人员通过广播向大家通报引漳入林工程安排，听到喜讯的村民高兴不已，无数鞭炮声在街上响起。施工队正式出发，吴念祖却得知母亲身患重病，一路上忧心忡忡。林捷得知这个消息后，让他安排一下修渠工作就赶紧回去。山西平顺县为林县施工队准备了房间，却没想到林县来了很多人，桑红又赶紧想办法为大家解决住宿
吴念祖安排完初步工作，便回家照料生病的母亲。吴念祖照顾着母亲，但心却一直在修渠大业上，而母亲也看出他的心意，让他赶紧回去，吴念祖含泪离开。吴念祖回到工地，见到的却是满地乱象，他查看施工进度，与农民发生争执，差点就被殴打。山上的石头又大又硬，炸药用量远远超出预期，给施工预算增大了很大压力。邻县的书记葛大年来到余副书记房间，见到了李明阳，说出要借粮。李明阳说这事儿他自己做不了主，需要回去和大家商量后才
童昆受命进驻工地实地调研引漳入林的可行性。童昆来到平顺县，找桑红了解施工队的情况，童昆到指挥部指责孙士厚，但众人忙得没有功夫搭理他，心中却十分不悦，这时又遇见晃悠投诉，说工程根本干不成，了解情况后，他连夜写报告。工地上，顾大海、石水生后悔与吴念祖的冲突，吴念祖是懂技术的人，经过一番争执，大家决定集体拜吴念祖为师。指挥部里，吴念祖考虑到现状，提出暂且延缓进度，来培训一批有技术基础的民工，孙士厚当即答
培训课上，大家听不懂吴念祖的授课内容，吴念祖误以为大家不想上课，不认真听讲，十分懊恼。而另一边，冯筱怡的课程却进展的十分顺利，吴念祖向冯筱怡说出了自己的困惑，经过冯筱怡的开导，吴念祖重拾信心。 重拾信心的吴念祖认真授课，但大家的学习状态依旧十分涣散，下课后大家更是吵闹着一起打牌，吴念祖恼羞成怒，矛盾再次激化，吴念祖离开平顺，回到林县。林捷教育了吴念祖，认为他没有勇气承担责任，吴念祖也意识到了自己
工程正式命名为“红旗渠”，孙士厚和吴念祖来到工地视察进度，工作之余孙士厚和工人一起比赛砸钢钎，活跃气氛、鼓舞士气。盼水和大海运粮时粮车坏了，由于时间紧张，便私自借了大王屯村民的驴用来运粮。水莲跑到山头找吴念祖，却看到他忘我的在拉二胡悼念亡妻，不禁内心失落。石水生和吴念祖交流发现只要有足够的水平仪就能加快进度，但目前根本不够用，于是自告奋勇，他通过水桶里的压水板组装了一个土质水平仪，命名为水鸭子，得
童昆将工程进度缓慢的情况报告给余副书记，余副书记再次担心起来。林县县委会议上，吴念祖如实说出自己预估可能持续数年的工期，所有人都震惊，“红旗渠”面临停工的境地，倔强的林捷安抚大家，终于使工程继续下去。随着水鸭子的应用使工程进度加快，分水隧洞提前打通，然而连续两次拦水坝合拢失败，让士气再次受挫，所有人焦急难耐，吴念祖把自己关了起来。水莲拿着包子进帐篷安慰吴念祖，吴念祖接受了她的好意，水莲羞涩的跑开。
红旗渠渠首工程完成并且试水成功，林捷激动地向上级汇报。另一边工程队即将进入下一阶段，桑老汉一家给石头爷一家送行，并商量起水生和桑红的婚事。工程队进入太行山最艰险的路段-太岁山中开工，面对这段险峻的环境，工程队情绪高涨，然而就在这时，吴念祖却收到了母亲病逝的消息，虽悲痛万分，但为了修渠，吴念祖决定瞒下这个消息。另一边，水生为之前的事来大王屯找桑红道歉，却没碰见，原来桑红去太岁山找水生去了，当水生再次
工程队开会讨论炸药开山，水生估量出所需炸药用量，引得众人称赞，并决定派出水生的青年突击队去进行爆破作业。水生和顾大海聊天，并立下赌约，谁干得好就请喝酒。另一边水莲和吴念祖学习工程知识，学得也越来越好。石头爷得知工程队要在太岁山爆破，担心孩子的安全，决定前去探望，但因为临时有事就让桑红过去。工地上，顾秀芳发明的高效率的打钎方式，得到孙士厚称赞，在工地上推广。终于到爆破的那一天，一声炮响，山体滑坡，工
冯筱怡去疙瘩村找到林捷，见林捷沉溺在悲痛和自责中，冯筱怡陪伴左右，并点醒了他，林捷重新振作起来，召开一个特别的追悼会。追悼会现场。民众们大受触动，逝者盼水的媳妇将13岁的孩子交给工程队，表明决心，河娃就此加入了后勤保障队，高书记和余副书记深受震撼。经此一事，红旗渠的修建更加谨慎，吴念祖决定亲自上山排除隐患，在随后的会议中，大家一起商量如何解决这个当务之急，水旺提出把人吊在山壁上用长杆排除碎石的办法
石老汉去前线，得知工地上缺炸药的困难，想到了以前制造土炸药的办法，于是找到顾峰山制造炸药支援。作业引起山体滑坡，淹没了渠道，工程队紧急翻修，而吴念祖也终于向水莲表达了爱意。与此同时，石老汉和顾峰山两人相互砥砺，最终研发出自创的土炸药。水生和水莲也回到了工地，红旗渠工程再次开始爆破作业。
桑红得知顾峰山曾试验过一种新式的石灰烧制办法，不需要石灰窑，但详细了解后却得知只是一个想法，没有真正实现，但桑红并不放弃，前去找顾峰山讨教，却被拒绝。另一边，吴念祖通过水莲的帮助获得了减少塌方可能性的灵感，兴奋地大叫，连忙向上报告，决定连夜施工试试看，将单一的隧洞变成双隧洞口，水生接下了埋炸药的任务，炸药声响起后，吴念祖主动提出由自己前去查看结果。 水生受到启发，找桑红一起分析，几经试验，终于找到
自然灾害带来的影响，最终影响到了红旗渠工程，没粮食吃了！而此时，工程也到了关键时刻，每天的任务繁重而危险。林捷召开紧急会议商讨缺粮的事情。水莲说出实情，原来粮食配给早就因缺粮而被缩减，是她挖野菜、掺粗粮才勉强维持，面对水莲委屈的哭诉，大家自知理亏，而赶来的水生、顾秀芳、吴念祖等人纷纷为大家加油打气，说道为了修渠造福后代，吃这点苦又算什么。在民众面前，县委集体表决，决定动用储备粮，之后面对高书记的担
石水莲不小心把吴念祖妻子李慧贞留下的最后一张照片烧掉后，水莲担心吴念祖还放不下慧贞，整天闷闷不乐。石老汉得知后，便给水莲出了个主意，最终让吴念祖说出了自己的心声，表明了对水莲的心意。红旗渠一期工程还没有结束，资金短缺的问题却接踵而来，大家迎难而上。工程稳步推进，石水莲和吴念祖的感情也日益升温，吴念祖用红旗渠剖面图的图纸向水莲求婚。
石水生在施工过程中，察觉隧洞岩顶有问题，吴念祖和李院长进洞查看情况，不料隧洞坍塌，吴念祖和李院长不幸牺牲，石水莲很伤心。吴念祖逝世后，石水生自责，桑红一直陪伴着石水生，他们的感情迅速升温。举行完追悼会后，大家也更加坚定了修渠的决定。
水生认为是自己害了吴念祖，长跪不起。而缺了唯一的技术员，修渠事业还能不能继续？大家心中的主心骨没了，绝望的林捷将水生当做唯一的希望，但这一次，就连一直支持他的孙士厚、李阳明等人都犹豫起来。在县委最后表决中，除了林捷，所有人一致通过了停工的决议。而工地上，许多失去信心的人也纷纷准备辞行，然而在最后一刻，林捷抢过话筒告诉大家工程不能停。水生也拿起工具冲了出去复工，两人的行为感召了大家，复工的人越来越多
林捷与孙士厚到工地监工，严格要求质量。上下疙瘩村成立施工队，偷偷施工，童昆打报告给余副书记，让林捷下令停工。林捷被人民的热情感动，决定承担着巨大的压力，全力支持人民的偷工行为。修渠大业继续，大众齐心协力，共克难关，回来重新开工的人越来越多。
高书记找上级沟通，林捷最终等来的却依然是停工，他冒着危险召集水生等人，决定继续施工，并调集粮食支援，上级在林捷的带领下，见识到了林县人民的修渠信念，并对修渠十分感慨。上级物资送到，其中特别支持了大量炸药，林捷决定亲上狼牙山参与施工直到隧洞凿通，狼牙山隧洞1、2号洞打通。
余副书记向焦副部长汇报了林捷在民众缺粮危难时刻还要求大家继续红旗渠项目，因此召开会议讨论。大会后，孙士厚满腹委屈，在会议上对峙副书记，被焦副部长路过听到。焦副部长决定派人去林县调查民众对红旗渠的看法，发现误会了林捷，重新开会，向林捷道歉并表扬了林县的红旗渠项目。
上级决定给予林县修渠一定的帮助，童昆打电话给余副书记报告林捷相关问题，余副书记这次却相信林捷。春节在即，大部队人员下山过节，留下小部分人依旧在山上继续工程。童昆独自上山调查，找到了隧洞，与水生对峙，水生当着童昆的面点燃炸药炸了山洞，继续开工，石洞意外坍塌，堵住了洞口，童昆与众人被困山洞中。
隧洞中粮食告急，隧洞内因为缺氧，童昆求水莲救自己，曾经的隔阂终于消失，众人抱作一团取暖有难同当，分着最后的红薯干。隧洞内，在困难面前，童昆终于理解林捷与修渠人民的不容易，化解了对林捷的误会；水旺与秀芳手握手表白。桑红与桑老汉送物资时发现了石洞坍塌。
林捷从孙士厚口中得知山洞坍塌的事，洞中有人发现炸药，水莲通过计算得出结论，炸药炸出洞眼的几率有四成，困难面前，众人团结一致。一切准备就绪，唯一的问题是最后点炸药的人可能会牺牲，水莲义无反顾抱起炸药，洞外乡亲也赶到纷纷搬石头，炸药点燃，众人获救。历经十年，红旗渠终于全线建成。桑红水生，水旺秀芳有情人终成眷属。好消息接踵而至，林县的良田得到漳河水的滋润，粮食产量不断翻番。红旗渠成为盘旋在太行山间的金腰
