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上世纪六十年代初，为减少京津冀地区的风沙危害，国家指定由林业部和河北省在承德境内高原荒漠塞罕坝上建立机械林场，抵御浑善达克和科尔沁沙地南侵。以主人公冯程、覃雪梅等为代表的第一代造林人——来自全国18个省市的林业大中专毕业生与林业干部职工为骨干的369人开荒队伍，带领当地干部群众拉开了与自然抗争的序幕。 岂料，因造林立地条件恶劣机械造林失败，转为人工造林。他们在平均海拔1500米、最低气温超过零下43度的环境下，在长达半个世纪的时光里，战严寒、斗酷暑、抛青春、洒热血，营造起“世界上最大的人工林海”，筑牢京津冀绿色生态屏障，拱卫京津冀蓝天，在荒凉的塞罕坝上，冯程和他的伙伴们同进退，共患难，也收获了友谊和爱情，谱写了壮丽的人生诗篇。
北方林业大学毕业的冯程放弃了分配的工作，来到塞罕坝投奔舅舅李铁牛，正赶上舅舅要结婚，娶的姑娘叫吴改花，冯程帮李铁牛接亲，却遇到坝上闹大风，漫天的风沙吓跑了吴改花，她悔婚了。冯程的父亲是原抗日义勇军的游击队长，在战斗中英勇牺牲了，现在林业局的局长于正来是冯父的老战友，他得知了冯程的身份，很激动，把冯程留了下来。冯程在路上救下一条狗，取名“星期六”，他用食堂的粮食喂它，惹怒了食堂的老刘头，两人发生激烈冲突，冯程失手打伤了老刘头。老刘头不依不饶，要让于正来开除冯程，于正来讲出了冯程的身世，老刘沉默了。
冯程来到塞罕坝其实另有隐情，他是为了自己相恋三年的女朋友唐琦。唐琦犯了错误，要被下放，冯程建议她和自己私奔，他先到老家塞罕坝探路，唐琦随后就会赶来。然而唐琦原单位的保卫干事也追来了，几经波澜，冯程终于躲开追查，接到了唐琦。然而看到塞罕坝的荒凉寂寥，唐琦后悔了，她不愿意在这里与冯程长相厮守，她留下一封信后，偷偷离开了。唐琦的出走给冯程造成了极大的打击，他几乎一蹶不振，连着几天不吃不喝，不眠不休。林业局开会，商讨上坝种树的事宜，几年来坝上的植树行动都失败了，大家的积极性都不高，没人报名。
冯程显然小看了植树的难度，他从课本中学来的方法，在塞罕坝上根本行不通，第一年一千棵树苗，全没成活。受到打击的冯程虚心向老技术员陈广济请教，在陈工的指导下，他重新选了苗子，改善了技术，再一次开始尝试种树，然而依然以失败告终。冯程连遭打击，不仅树没种活，还听到了另一个噩耗——唐琦死了。据保安干事说，唐琦是企图偷逃出国的时候被击毙的。冯程伤心欲绝，想自尽于镇风神树下，正赶上无赖郑三儿带人要砍这棵树，他拼上了性命，总算赶走了这帮人。冯程奄奄一息的倒在了大树下，忠犬“星期六”救起了他。
随着对赵天山的了解加深，冯程越来越佩服这位硬汉，二人的关系也渐渐融洽了。先遣队中有一个叫张福林的人，他似乎心怀鬼胎，来此的目的不纯，“星期六”看到他就狂吠不止。在冯程的指挥下，育苗工作有条不紊的展开了，先遣队的各个成员也逐渐彼此熟悉了起来。张福林其实是个逃犯，他带着几块马蹄金，想从塞罕坝出发，逃出国境，他原以为冯程发现了自己的破绽，想加害冯程，却被冯程的善良正直打动，改变了主意。林业局在各高校召开动员大会，林业部部长覃秋丰同志特意赶来，发表了讲话，台下的学生们很兴奋，而其中一个名叫覃雪梅的女生更是激动不已，因为覃秋丰是她失散多年的父亲。会后，覃雪梅想去更多地了解覃秋丰，却被一个叫金佩云的女人挡在了门外。
林业局副局长曲和传达命令，让坝上的先遣队做好接待大学生的工作，为大学生们的生活提供方便，对此，冯程心有不满，他的苗圃正在育苗的关键时期，他不想为了一些来“镀金”的学生耽误了自己的植树工程，赵天山主动为他分忧，提出育苗和建设营地两不误，自己多干一些就是，冯程很感动。承德避暑山庄门前，支援塞罕坝建设的学生们集结了，于正来让大家依次自我介绍，几个人相继上前，他们分别是：覃雪梅、武延生、孟月、沈梦茵、隋志超、那大奎、季秀荣和闫祥利。覃雪梅是林业部部长覃秋丰的女儿，可她不愿受到关照，主动到最艰苦的地方来磨炼自己，武延生是某部队首长的儿子，为了追求覃雪梅才一起来坝上的，而其他学生之间也有错综复杂的情感关系。
在飞驰的汽车上，冯程意识到了自己的错误，他不愿离开这片深爱的土地，他不顾危险跳下了车，回到营地，坦诚地向覃雪梅道了歉，覃雪梅也很大度地原谅了他。先遣队为了迎接上坝的学生们，特意加班加点，搭好了马架子，挖好了地窨子，可艰苦的环境还是让刚离开学校的学生们很不适应。冯程虽然看不上这些学生，却很担心他们的安全问题，由于之前闹了矛盾，他不方便出面，就让大队长赵天山给学生们开会，提出几条纪律和规定，可是以武延生为首的男生们对此都不以为然，直到几个女生不听劝告，晚上出门上厕所，险些被狼群袭击之后，大家才意识到，原来这个像“印第安人”一样的冯程，其实是为了大家好。
季秀荣与闫祥利的互动，让那大奎愤怒不已，在他心里，同为承德人的季秀荣早就是他的女朋友了，闫祥利这是在“挖墙脚”。可季秀荣不以为然，她就是想嫁给一个大学生，那大奎不依不饶，赵天山出面镇住了他。那大奎要打闫祥利，赵天山阻止了他，冯程怕二人伤了和气，提出用掰腕子，做俯卧撑来分胜负，结果赵天山完胜了那大奎，那大奎不得不服，心里却压抑委屈，大醉了一场。冯程向赵天山求助，他还是想认真参观一下学生们的实验室，赵天山答应了。冯程在参观的时候，赶上覃雪梅等人出现，慌乱中他被锁在了实验室中。
学生们回来，发现了翻译好的论文，以为是武延生的功劳，只有覃雪梅从字迹上发现了破绽，找到了真正的功臣——冯程。覃雪梅问冯程为何做好事却不留名，冯程却只是摇了摇头，他不想再惹出不必要的麻烦。覃雪梅去质问武延生，武延生不肯认错，心里却对冯程更反感了。到了植树的时节，武延生托关系要到了一万棵树苗，他大包大揽，自己分配任务，只给了冯程五十棵种子，冯程默默接受了。武延生自作主张，指挥大家种树，自己却骑着马想和覃雪梅套近乎，然而覃雪梅专心劳动，对他毫不理会。武延生气不过，又去“调戏”沈梦茵。武延生出于私心，拔掉了冯程原本快种活的树苗，冯程怒不可遏，这次他没饶恕作恶的武延生，狠狠修理了这个纨绔子弟，他与武延生的仇更深了。
覃雪梅明知是武延生有错，却也没当众拆穿，她私下安慰了受伤的武延生，武延生误以为她这是在向自己示好，很兴奋。植树成果出来了，很不理想，除了冯程的五十棵，总成活率不到百分之二，武延生假装负责，说了一通漂亮话，反倒把自己的责任变成了担当。坝下送来了信件，除了冯程，每个人都领到了自己的信，众人的心情却各不相同，有的兴奋，有的紧张，还有的，却是悲伤。为了讨好覃雪梅，武延生特意给她写了一封信，表达了自己的爱意，覃雪梅虽然没有直接接受，但是心里还是很感动的。坝上要进行土壤勘测，分组的时候，武延生故意唱反调，他只想和覃雪梅在一起，赵天山和冯程不便与他争执，也就任他自己安排了。
勘测过程中，孟月伤到了脚，那大奎帮她复了位，还主动背起了这个柔弱的姑娘，孟月对这个朴实的承德汉子渐渐有了好感。武延生让那大奎背孟月先回去，他想和覃雪梅享受一下“二人世界”。赵天山带着先遣队的成员留守，他们忙着建设营地，没注意到张福林此时企图趁机逃走。那大奎背着孟月回到了营地，冯程带领其他人也陆续返回，可是武延生与覃雪梅却没回来。原来武延生和覃雪梅在风沙中迷了路，遇到了恶狼的袭击，好在冯程及时赶到救了他们。冯程为救人身负重伤，可昏迷的覃雪梅毫不知情，还以为是武延生救了自己。武延生编了假话，反倒把冯程说成了胆小鬼。冯程与狼搏斗，不敌，关键时刻，“星期六”找来了原打算出逃的张福林救了他。张福林此时拿了赵天山的猎枪，他想让冯程跟自己一起出逃，可冯程却用真诚的语言感化了他。张福林改变了心意，决定不跑了。
张福林把冯程救回了营地，众人听信了武延生的鬼话，对冯程冷嘲热讽，武延生担心谎话被拆穿，连忙将冯程带回了自己的住处。武延生给冯程下跪，求冯程保守秘密，冯程心软答应了。可张福林对此很是不服，他看不惯大家颠倒黑白，对冯程进行人身攻击，冯程却息事宁人，反而劝他算了。闫祥利做出预测，今年的冬天将格外寒冷，冯程劝学生们下坝去过冬，可是学生们的意见却不统一，武延生本想鼓动大家下坝，可覃雪梅等人却不同意，他们决定进行民主投票，最终投票的结果是多数人不愿下坝，武延生此时把责任推给了那大奎，自己也“毅然”站在了不愿下坝的一方，那大奎有苦说不出，对武延生的嘴脸很是不满。听说学生们想下坝，赵天山心里很不安，他找冯程商量办法，冯程给他出了一个稳定军心的主意。
为了安抚大学生们的情绪，坚定他们扎根塞罕坝的信念，赵天山决定带着大家去看坝上最美的风景，就是那棵“镇风神树”，众人听说坝上竟然有树，都很兴奋。赵天山带着学生们一路欢歌笑语，穿过漫天风沙，来到了“镇风神树”下，看到这难得的绿色，学生们都很激动。这次活动，闫祥利没有参加，季秀荣想嫁给他，可他自己却有着别的打算。大家兴致勃勃地来到“镇风神树”前，却发现一伙人正要砍这棵树。这伙人正是之前和冯程发生冲突的郑三儿等人，为了保护大树，赵天山带领大家与郑三儿等人大打出手，终于赶跑了这帮流氓。此时于正来和林业部专家栗坤请来了一位国际林业专家——佩科维奇，希望他能给塞罕坝造林提一些建议，可这个老外直接给这里“判了死刑”，他认为这里绝对种不活树。被打跑的郑三儿等人不服气，带了大批村民来闹事，眼看赵天山等人要吃大亏，关键时刻，冯程持枪赶到，他鸣枪示警，引来于正来等干部的到来，终于吓跑了闹事的村民。赵天山此时却莫名的晕倒了。
季秀荣精心做了准备，盼望能和闫祥利早点结婚，可是却得到了一个惊人的消息：闫祥利已经走了。坝上下雪了，果然比往年都要寒冷，闫祥利的离开对季秀荣的打击很大，她穿着大红色的裙子在雪地里舞蹈，结果大病了一场，这期间，先遣队成员魏富贵对她照顾有加，敢爱敢恨的季秀荣，对这个河南老乡产生了好感。季秀荣生病期间总是吐，大家怀疑闫祥利做了不该做的事情，那大奎怒不可遏，想去找闫祥利算账，季秀荣拦住了大奎，她向大家保证自己没做出格的事，众人虚惊一场。坝下送来了补给，还带来了大量的树种，老刘头关心冯程的个人生活，特意来给冯程介绍对象，冯程婉言拒绝了老人的好意，老刘头很是遗憾。
种子雪藏，气象观测，锻炼身体，坝上小集体的各项工作逐渐有条不紊的展开着。在众人的精心照料下，季秀荣终于渐渐好了起来，她很感谢大家，尤其是为她做了“妈糊”的魏富贵。坝上的雪下得很大，可是大家的热情也很旺，赵天山组织大家进行了打雪仗的比赛，众人玩得不亦乐乎。魏富贵给大家包了饺子，孟月提议，每人背一句诗，才能吃饺子。大家轮流背诵了自己喜爱的诗词，轮到冯程，他满怀深情的背诵了艾青的诗：为什么我的眼里常含泪水？因为我对这土地爱得深沉。冯程的诗让众人很感慨，赵天山拿出了珍藏的酒与大家分享。
冯程的头是覃雪梅剪的，为此武延生很不高兴，他认为自己的女朋友不应该和别的男人有“肌肤之亲”，覃雪梅安慰了一下他，他趁机要求覃雪梅和自己赶紧成亲，雪梅含糊地答应了。雪一直没停，坝上的众人开始担心供给的问题，冯程利用丰富的经验为大家改善了伙食，然而打猎来的鼠科类的地羊肉，让女生们有些望而却步。情况进一步恶化，坝下的供给一直没有送来，坝上的伙食一天比一天差，众人渐渐挨了饿。大雪埋了居住的地窨子，冯程建议大家搬到食堂一起住，赵天山和那大奎决定一起出去向周围的村子求助，冯程想拦却没拦住。天气极度恶劣，赵天山和那大奎迷了路，险些葬身于漫天的风雪之中，多亏冯程意识到了危险，带领先遣队的成员救回了二人。
一直没有补给，武延生动了歪脑筋，他想趁冯程不在，杀了“星期六”，却被魏富贵阻拦了。长期营养匮乏，沈梦茵犯了低血糖，季秀荣拿出了原本打算结婚给大家发的喜糖，救了沈梦茵的命。可是喜糖数量很有限，还是解决不了大家饥饿的问题。两架飞机经过塞罕坝，冯程提议用白床单向外界发出了求救信号，林业局终于得到了消息，发现供给出现了致命问题，这让大家心急如焚。就在众人快要饿的不行了之际，魏富贵拿出了藏了很久的粮食，这都是大家平时浪费掉的粮食，魏富贵本想带回河南老家的，他家里饥荒时饿死了好几口。曾许下承诺，“谁管我一顿饱饭我就嫁给谁”的季秀荣对魏富贵产生了别样的感情。
供给还是没到，武延生又打起了“星期六”的主意，可是张福林却放跑了小六，他指责武延生忘恩负义，说出了之前他们遇狼时的真相，众人恍然大悟，不耻武延生的同时，对于冯程的隐忍都赞叹不已。冯程等人想尽办法，把被困的消息送了出去，得到求救信息的于正来、曲和等人焦急不已，他们立刻组织了救援队前往坝上，老刘头一马当先，恨不得飞上塞罕坝，可是艰苦的环境，让他们举步维艰。林业局组织的救援队一步一步艰难前进着，他们用不了车，只能靠人力背着物资往前走，冲在最前面的老刘头甚至付出了生命的代价。坝上被困的众人互相诉说了自己的感受，大家悲观地留下各自的遗言，覃雪梅还说出了深藏心里的最大秘密：自己的父亲是林业部的副部长，覃秋丰。
雪终于停了，冯程孤身一人为大家趟路，去寻找救援，路上还与小六重逢了。小六在前面开路，终于冯程与林业局救援队汇合了。随后，赵天山带领大家，沿着冯程趟出来的路，也见到了救援的队伍。众人劫后余生，都感慨颇多，大家向牺牲的老刘头默默行礼，冯程痛苦不已。塞罕坝即将组建机械林场，大规模的植树计划即将展开，然而大家心情却悲喜交加，因为就在此时，“星期六”寿终正寝了，先遣队和大学生们在小六的墓前一一与它道别，冯程则自己在坟前坐了很久很久。为了响应国家号召，承德二中以张曼玲、孙慧芬为首的六个女高中生主动申请来到了塞罕坝支援建设，“六女上坝”成了轰动一时的大新闻，于正来成为新机械林场的一把手，他发表演讲，鼓励大家奉献自己的力量，共同攻克塞罕坝绿化这个难关。
冯程作为第一位上坝的员工，上台发言，他的演讲引起了大家的共鸣，众人斗志昂扬，决心一定在塞罕坝种出一片绿色。大规模的植树行动如火如荼的展开了，众人热情高涨，干的热火朝天，覃雪梅工作认真又负责，武延生觉得自己受了冷遇，心存不满。武延生找到曲和，说出了覃雪梅的身份，让曲和对覃雪梅照顾一下，于是曲和调动了她的工作。为了调整机械植苗的问题，那大奎、隋志超等人成立了机务队，为植苗机发挥功效保驾护航。魏富贵在脱困后一直有意无意的躲着季秀荣，他怕耽误了这个姑娘，可是季秀荣这回认准了魏富贵，是非他不嫁了。覃雪梅被安排了相对清闲的工作，武延生趁机来和她套近乎，二人却最终因为冯程的话题不欢而散。覃雪梅的离开，使得技术工作出现偏差，技术场长李中还因此受了伤，覃雪梅很自责，她主动承认了错误，要求调回了原来的工作。
李场长受伤，覃雪梅很自责，为此她和告密的武延生产生了不小的隔阂，覃雪梅开始反思自己与武延生的关系。六女上坝的代表人物张曼玲与赵天山在工作生活中渐渐有了感情，可是年龄差距让老赵有了顾虑。覃雪梅来到林场的广播站，向全场的职工作检讨，她勇于承认自己的错误，并激励大家以己为戒，努力建设林场。于正来对于覃雪梅的表态很欣慰，他特意请雪梅到家里吃饭，在他有意试探下，覃雪梅勇于担当，主动挑起了植树技术工作的重任。在于正来的号召下，全场职工以家属都参与到了植树活动中，在大家的共同努力下，按时完成了之前制定的任务。林场第一年的大规模造林比以前成活率稍有提升，可总体来说还是失败的，于是大家开始摸索新的造林方法，冯程提出新的育苗计划。为了躲避高强度劳动，武延生找借口下了坝，而为了植树造林的目标，冯程与覃雪梅的互动渐渐多了起来。
