2013年1月26日，航空城，國產大型運輸機航-20首飛，各家媒體紛紛報道。躺在病床上的秦天(張博 飾)身體已經不能動彈，仍將眼睛瞪得大大的看著電視上的報道。1949年10月1日，顏司令(陳逸恒 飾)正在激勵國家精挑細選出來的飛行員，堅決保衛開國大典。以秦天為首的航天隊長帶領隊員們鄭重宣誓，懷著激動的心情開著飛機馳騁在藍天上。突然01號飛機冒出黑煙，自動亮燈報警，飛行員立即向顏司令上報情況。顏司令令01號飛機立刻返航，飛行員通過觀察得出飛機發動機使用年限過長發生故障。顏司令做出指示，要求01號飛行員立刻跳傘。秦天拒絕跳傘，他向顏司令申請繼續駕駛飛機，自信能夠保證飛機順利安全返航。北京某軍用機場，秦天駕駛的飛機，機身后猶如帶著一條長長的煙尾巴，一路響著刺耳的警示音搖搖晃晃、顫顫巍巍，終于成功降落。飛行隊的其他成員見秦天已經安全降落，紛紛跑著聚攏過來，對他的駕駛技術嘆服不已。秦天自覺完成任務，向顏司令提出嘉獎肉菜，被顏司令一番怒罵，憑他臨陣不聽軍令這條，就可以把他斃了。秦天為自己辯解稱自己感受過飛機的狀態，開回來肯定不成問題。顏司令扒秦天的老底，在航校時就是刺兒頭，罰他去跑步，啥時候承認錯誤啥時候停。張長江(王梓權 飾)和張行建見秦天從天亮跑到天黑，且從上飛機開始到現在都沒吃沒喝的，向顏司令求情。顏司令看著跑了許久的秦天，自己也沒心思吃飯，但他就是不松口，不信秦天尿急的時候，還能不服軟。張長江和張行建見勸不動顏司令，就去找秦天，讓他就坡下驢就好，不要再犟，還用食物和水引誘秦天，讓他去給顏司令認個錯。秦天一聽要求，東西也不吃，水也不喝，直接讓二人滾蛋，自己接著繼續往下跑。張長江和張行建提起當初秦天在延安時，要不是顏司令讓他進了軍校，現在還不知道在哪呢。秦天真心感激顏司令，立刻停下腳步，轉身去上廁所。秦天向顏司令真心認錯后，順便賴在顏司令這里蹭了一餐晚飯。顏司令在飯桌上告訴秦天，讓他去參加西工院的交流會，秦天一口回絕，在得知西工院是專門培養造飛機的人才后，立刻轉變態度，積極要求去參加。趙德良(李乃文 飾)還在試驗失敗了無數次的馮如號飛機器，同學們都勸他不要白費力氣，這是不可能完成的任務，教授只是為了磨磨他們的性子才這么布置的，讓他不必較真。秦天在會上不按稿子來念，直接把自己在天安門上開著破飛機，擔心掉下去砸著群眾的事告訴同學們，激勵同學們早日把飛機造出來。秦天趁著其他隊員在演講的時候，自己先溜了，正好遇到趙德良，二人探討了飛機飛不起來的原因，一致認為是螺旋槳軸距過長。兩人通力合作，趙德良的飛機終于在今天成功起飛。杜清明(牛飄 飾)教授有感于趙德良的用心，稱贊他是自己合格的學生。1950年6月25日，朝鮮戰爭爆發，1950年10月19日，中國人民志愿軍入朝作戰。秦天在執行任務時，發現“小胖子”飛機上的是個女飛行員。趙德良所坐車輛被飛機彈藥打中，同學們趕緊隱蔽，只有趙德良看著天上的飛機如癡如醉。徐夢見此危險境況，沖上去要把趙德良拉到安全處，但敵機炮彈已經投下，幸而曹慧芳(黃曼 飾)及時將他們撲倒，僥幸逃過此劫。秦天本想開著飛機沖過去把敵機揍一頓，奈何飛機已經沒有燃油，只得趕緊返航。