1964年,我国计划在西部罗布泊地区进行首次原子弹爆炸试验。航空侦察发现试验场禁区内有一群人畜活动,此时距离爆炸时间仅剩三天。核基地专家一致决定派出小分队在爆炸前将他们救出。小分队进入塔克什克沙漠区搜寻时,遇到一名骑马的姑娘和一名男孩,随后发现这是一股国民党标志的土匪。匪首白玉骅的女儿白玉骅骑马逃走,小分队被带入土匪营地。队长刘坚诚恳劝说白玉骅相信核试验的真相,白玉骅内心矛盾,但最终决定向相反方向撤离。途中,土匪马春的媳妇生孩子大出血,刘坚与众战士献血相救,感动了部分土匪。土匪小头目铁英蓄意制造暴乱,导致数名小分队战士身亡,但铁英也被击毙,余匪被迫随小分队前进。经过一昼夜的急行军,众人疲惫不堪。基地派来的直升机及时赶到,将众人接走。直升机起飞后,蘑菇云升起,白玉骅等人终于相信刘坚的话,禁不住失声痛哭。