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《兄弟车行》讲述了在中国改革开放初期，发生在三个年龄相仿、志向相同的汽车修理工身边的关于亲情、友情和爱情的故事。剧中几位主演的名字也非常“有戏”，房子斌饰演潘为民，王斑叫李修轮，绰号轮子，俩人同住一个大院，同是汽车修理厂的工人，虽然不是亲生兄弟，彼此之间的感情却手足情深。
国光厂的三位老师傅同住一个四合院，他们的儿子轮子、为民和华子不仅是一起长大的发小儿，而且都子承父业进国光厂当了工人。华子的姐姐玉莲与为民相恋。轮子与国光厂辛工程师的女儿辛萍相爱，但辛工夫妇很不赞成这门婚事，辛工决心要在新车间考试时教训轮子。新车间的人员选拔成了厂里的大事，大家都在积极准备参加考试。
辛萍大学毕业后分配到机关工作，轮子看不惯辛萍的上司教训她，与其发生冲突，没想到辛萍当即宣布辞职。在新车间的考试中，轮子被辛工发现作弊，取消了资格。新车间成立后，老潘为了表示自己的 “清廉”，让儿子为民的徒弟当了小组长，玉莲不顾一切地跟未来的公公理论上了。
新式的汽车构造让李师傅手足无措，这位修车高手十分难堪，幸好辛工和轮子连夜把车修好，才给国光厂争了光。辛萍辞职后一直找不到工作，父母为她办了出国留学手续，辛萍犹豫不定。有人请华子和小张到乡下去攒车，俩人拿了人家的钱却攒不上，结果被关押，幸好轮子、为民及时营救。
为民和玉莲结了婚，轮子也想尽快把辛萍娶回来，却遭到辛母十分尖刻的拒绝。辛工把辛萍办好出国手续的事告诉了轮子，并希望他能做辛萍的工作，不要因为他俩一时的感情而耽误了辛萍的前途。
轮子开始躲避辛萍，他的态度让辛萍伤透了心，辛萍决定去美国读书。与辛萍的强行分手，让轮子也很难过。轮子修车时出了事故，厂里调查后得知，事故的主要原因是小张采购的劣质零件。轮子去找小张算账，却在追赶小张时发生交通事故，轮子为此被拘留。
李师傅看到儿子轮子的遭遇又急又气，当场发病导致半身不遂。华子为了能让轮子减免判刑，与张厂长发生冲突，被工厂开除。小张承包了厂里的舞厅，聘请华子当了经理。辛萍在美国上学十分辛苦，同学黄健给了她不少帮助。轮子被判刑一年。
为民被调整到工厂业务科工作，他满怀信心地去和客户谈生意，可不仅没挣到钱，还赔了不少。华子在舞厅对小雪一见钟情，但小雪的身世却是个谜。华子对于来舞厅的厂里职工很优惠，小张对此不满。辛萍在与玉莲通电话时得知轮子的遭遇，又意外又难过，她这才知道轮子所做的一切都是为了她。
李师傅在监狱门口遇到辛工，二人一起去喝酒，20多年的不愉快也因此化解。华子外出归来，发现舞厅里来了不速之客，小雪的嘴角还带着伤，原来小雪早已 “名花有主”。对方不仅对华子大打出手，还把舞厅砸了。轮子刑满出狱，他找到华子，下决心凭手艺吃饭，办修车行，为民也倾囊相助，他们给车行起名——兄弟车行。
车行办起来了，轮子和华子整天骑车在二环路上跑，遇到车坏了的，就地帮人家修好。有一个老板模样的人车坏在了路上，轮子、华子主动过去修，却被误认为是骗子。澄清事实之后，车主十分感动，并答应今后车出了毛病一定去兄弟车行修。车行终于有人来修车了。
轮子和华子继续跑街揽活，他们的父亲帮他们看车行，并且修理上门的车辆。为民看着哥俩在车行工作十分辛苦，为自己白天在厂里上班帮不上太多的忙而着急，他和玉莲商量要辞职，玉莲很支持他。
为了扩大车行规模，轮子和华子一起和一个老主顾谈租店面的事，他们付了定金，可到接手新车行时，才知道这是一个骗局，他们所有的资金都被骗走了。车行危难关头，潘师傅主动让为民辞职，哥儿仨又从跑街开始，重新创业，车行终于起死回生。
辛萍在美国大学毕业，她和黄健幸运地被美国有名的汽车公司聘用，这也意味着她回国无期。兄弟三人又找到了一个理想店面，在他们去签合同时发现隔壁的胜利车行生意很火，而这家店却门庭冷落，进一步寻问房主，才知道胜利车行的老板娘十分霸道阴险。经过一番努力，兄弟车行还是把这个店铺租了下来，就在新店开张前，一个名叫春燕的姑娘带着孩子念念来到车行，华子可怜她们无家可归，便做主收留了这母子俩。
新车行终于开张了，出人意料的是胜利车行的女老板徐蔓也前来祝贺，并送了一个大花篮，哥儿仨都愣住了，他们很难把眼前这个漂亮文静的女老板，和传言中阴险的人联系在一起。可第二天，胜利车行的泉子就唆使地痞流氓奎子闹事，并扬言如果兄弟车行还不停业他就要砸店。哥儿仨决不退让，轮子甚至做好了与奎子同归于尽的准备。
泉子为多赚钱把一个老主顾的车修坏了，轮子主动过去解围，车主感谢轮子。接着，胜利车行开始用 “付厂件”压低成本，兄弟车行的老主顾很多都跑到胜利车行去了，兄弟车行的生意顿时萧条起来。华子又把洽谈保险业务的小张找来，轮子却因以往对小张的成见坚决反对。保险业务没谈成，华子却和小张的表妹麦芮一见钟情。
徐蔓很看好保险业务，她请为民帮她与小张联系，结果胜利车行做起了保险业务。胜利车行业务日渐红火，经受不住竞争的压力，为民还是进了 “付厂件”，轮子为此大发脾气。辛萍从国外归来，她和哥儿仨、玉莲相聚，谈话间她对美国先进汽车工业的描述，令轮子很是不悦。
轮子去辛萍就职的美国公司看望辛萍，正巧碰见黄健，黄健有意向轮子表现他和辛萍的 “亲密”关系，令轮子心中不悦。徐蔓借口向为民请教喷漆的事让为民帮她干活，为民很同情一个女老板的不易，也乐于帮她的忙。春燕近来经常请假外出，又不说明理由，哥儿仨觉得她行动有些异常。
辛萍为兄弟车行的经营不当而着急，她托黄健为兄弟车行联系了斯哥达汽车装饰公司做加盟业务。在去该公司洽谈业务时，轮子中途与黄健话不投机，愤然离去，但装饰业务还是在为民的坚持下办了起来，没想到生意出乎意料地好了起来，此时轮子才知道自己错怪了辛萍。
为民负责的汽车装饰业务生意红火，轮子向辛萍道歉，并为辛萍买了新居向她求婚，可是此时辛母内心更中意黄健，轮子满心喜悦地去辛家求婚却再次遭受冷遇。春燕几经周折终于找到念念的爸爸范彬，但范彬早已另有所爱并结婚，春燕顿感绝望。此时由于胜利车行使用 “付厂件”修车质量有问题，导致顾客上门来吵架，这令徐蔓一筹莫展。
为民为老外詹姆斯做改装车挣了不少钱，华子介绍詹姆斯认识了麦芮，麦芮得知詹姆斯能办出国留学，便与詹姆斯打得火热，冷落了华子。玉莲对为民的有些做派看不惯，与为民发生争执，为民一气之下离家去车行过夜。而此时徐蔓却对为民格外热情，常为加班的为民送饭送水，并向为民倾诉一个女人撑着一个车行有多不容易，为民对她很是同情。
华子急着和麦芮确定恋爱关系，他求麦芮去见他的父母，可麦芮的表现令华子十分失望。特别是麦芮对华子父母的不敬，让华子的自尊心深受打击，他痛下决心与麦芮断交。轮子帮辛萍写的“中国汽车市场客户调查报告”深受老板彼特的夸奖，他邀请轮子共进晚餐，二人一见如故，彼特想让轮子进美国公司就职。
