1938年初，国际医学志愿者诺尔曼·白求恩（谭宁邦饰演）穿越浩瀚海域来到中国，支援抗日前线的医疗工作。毛泽东主席在延安接见了他，并任命他担任军事委员会卫生部副部长，负责提供建议和指导。白求恩惊奇地意识到，当地的医疗条件远远不及预期。于是他恳请指挥官（吴雪饰演），希望能建立一座示范性后援医院并且动员各地医生参加培训课程；虽然存在安全隐患，但他仍决定亲自上阵救治重伤士兵。由于缺少必要的设备，许多伤病员无法及时接受诊治，这让白求恩感到非常焦急，“我还是要留下来，这里更迫切需要我的帮助。”这句话是他对着前来欢送他的大夫们以及秘书童先生（英若诚饰演）说出口的。不久，在黄土岭战斗中，他在给一名战士看病时不慎将自己的手指切伤，这场意外也随之发生了……本片根据作家周而复所著小说《白求恩》改编。