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抗日军政大学简称抗大，它为我党我军培养了众多德才兼备的优秀军政干部，为夺取抗日战争和解放战争的伟大胜利奠定了坚实的组织基础和可靠的人才保证。当年，在中国共产党领导的抗日救亡运动高潮推动下，一批又一批热血青年和爱国知识分子，满怀抗日救国的热忱，不惜冒着生命危险，勇敢冲破日寇和国民党顽固派的层层封锁，千里迢迢来到抗大寻求抗日救国的真理，探索民族解放之道路。
红军长征到达陕北后，决定在巩固陕北根据地的同时从各地选派干部，创办红军抗日大学。北平燕京大学的学生高歌和董娜在观看学生游行时，遇到警察前来镇压，他们跟游行学生一起被关押。好在董娜的父亲是警察局长，而高歌又机智应对，使得被抓的学生都被无罪释放。京郊写生课上，爱慕高歌的董娜在作业本上画满了高歌的肖像，还拿出她父亲的手枪讨好高歌。高歌见枪眼馋，跟着董娜来到一僻静处，迫不及待举枪瞄准，做出各种射击姿势。而负责学生写生课的教授孙振亚让学生们收拾东西坐车离开，发现董娜和高给没回来。突然，从远处树林传来的枪声。董娜顿时害怕和紧张，要求高歌赶紧离开，而高歌却好奇心起，坚持要到树林里看看。
陈晓婉被学校开除，坐火车回去的时候遇见高歌。高歌下车帮陈晓婉买栗子，突然一名被警察追捕的学生朝他跑来，与他相撞，随后两人被追来的警察扑倒。正在这时，火车起动离站，高歌错过火车。高歌茫然之际，被突然出现的孙振亚叫住踏上了去往西安的火车。一路上，俩人巧妙躲避特务，并顺利混出西安站。西北军梁将军的女儿梁婷婷在秦晋报社工作，她得知警察正在车站抓捕前往南京请愿的青年学生后，赶紧带上相机骑上单车冲出报社。梁婷婷骑车路过羊肉泡馍店时，店老板小孩跑出，眼看要小孩子被单车撞倒，高歌一个箭步把孩子抱起，而梁婷婷刚好翻车倒在高歌身前。高歌发现梁婷婷腿受伤行动不便，于是亲自骑车送她去抢新闻。
红军驻地，高歌意外地见到京郊写生时救过的郑鸿儒，高歌在孙振亚的劝说下，留在红军抗日大学筹备处协助郑鸿儒工作。董娜去南京寻找高歌要枪，却从高远口中得知高歌没有来南京。西安站的马站长找人渗透瓦窑堡。为了培养高歌，郑鸿儒让高歌搓玉米，让他别心浮气躁。因着耿大刀被红军抓走，梁婷婷被她父亲梁将军一顿臭骂。耿大刀受伤后拒绝红军医治，受到石二柱感化。高歌被安排在筹备处，还被派去取重要文件。由于文件还没到，高歌就暂时留在那边。梁婷婷开车到了红军驻地，找红军要耿大刀。耿大刀觉得没脸见梁将军，不愿意跟着梁婷婷回去。梁婷婷非说高歌在西安时偷过她的东西，石二柱一根筋相信真有其事，让高歌有口难辨。
红军抗日大学开学后，高歌高兴地拿着行李到学员队报到，却意外遇到了正在舞刀的耿大刀，并与他相邻住在了同一个宿舍，而石二柱则是他们学员班的班长。谭翰若从国外回来投奔在西安任保安团团长的舅舅张治武，恰好陈晓婉和沈文翠也从南京赶到，张治武是陈晓婉的姨夫，而谭翰若和陈晓婉从小就认识。蓝衣社得知共产党要在瓦窑堡建立专门培养干部的大学，马站长认为应当马上向上级汇报。高歌参加红军的事情被蓝衣社证实，高远因此受到牵连，强留董娜。耿大刀上课逗小鸡被孙振亚批评，课后找高歌帮助写作业被拒，后提出用耿家刀法交换，才得到高歌同意。
蓝衣社特务得知外国记者奇洛要来红军大学采访后，决定制造乱子，嫁祸红军。高歌受命配合保卫处迎接奇洛，高歌和保卫处的同志埋伏在交界处，地下党员护送奇洛通过哨卡后，突然遭遇偷袭，高歌及时救下奇洛。经过短期培训之后，董娜依旧想去找高歌。如果高歌是共产党，那她和高歌就结束了。奇洛到红军大学后，高歌陪奇洛参观抗大。奇洛感慨窑洞大学是世界奇观，他在红军身上看到了中国的希望。蓝衣社马站长看到奇洛发表的宣传红军的报道后很生气，让部下严格盘查各大报纸，而董娜也到达西安站报道。梁婷婷看到了奇洛的报道，要求她父亲安排奇洛见面。梁将军认为奇洛亲共，不让梁婷婷跟奇洛等人有过多接触。
郑处长特意安排高歌外出执行运纸任务，并派石二柱和耿大刀保护。张团长让谭翰若陕南处理事情，陈晓婉和沈文翠藏在车里被张团长发现，她们被张团长留了下来，张团子还派人寸步不离地盯着他们。运纸路上，一筐纸突然掉落在地。高歌发现国民党部队朝他们走来，在来不及躲闪的情况下，假装哭坟提醒后面的石二柱和耿大刀躲藏，但他自己却被国民党抓走，并被押送到保安团张团长那里。张团长如获至宝，赶紧通知蓝衣社。蓝衣社为了制造舆论，又让高歌的哥哥高远从中央军校赶来与高歌相会，但高歌在陈晓婉的帮助下，悄悄逃走了，让蓝衣社白忙一场。高远被撤离中央军校，被放到作战部队。
梁婷婷拿着抗大的招生简章找她父亲要求上抗大，梁将军拗不过梁婷婷就只能让她去。蓝衣社决定利用抗大面向社会招生的机会，派特务进入抗大。陈晓婉答应谭翰若的求婚。高歌和徐春英被批准成为抗大第二期正式学员。在校门口迎接新学员时，高歌意外发现了在西安救过他的梁婷婷和孟夫子也来报名上抗大了。张团长反对谭翰若去延安，谭翰若认为共产党有明确的抗日主张，而国军没有。为了确保录取，梁婷婷挑灯夜战，结果第二天早晨得知入学考试已被取消。高远被派到西安站，高远问董娜，如果她抓住高歌，她要怎么对待高歌。
梁婷婷让高歌陪她逛街。孟夫子等人听郑鸿儒上课，他们课后讨论学习，孟夫子等人说梁婷婷和杨道荣之间有差距，杨道荣依旧要追求梁婷婷。由于学员之间不允许谈恋爱，梁婷婷带人抵抗。梁婷婷带着郑小敏在河边帮高歌洗衣服，梁婷婷让小敏去找高歌玩，高歌正在给石二柱补习文化，见小敏过来，便带她到河边去唱歌。梁婷婷洗好衣服听到不远处传来的小敏的歌声，也走了过去，杨道荣趁机把情书递给梁婷婷。高歌把毛泽东为抗大写的校风涮在墙上，孟夫子、杨道荣等人围绕校训展开辩论，郑鸿儒给大家解释校训。杨道荣去小树林见梁婷婷，恰巧遇见教员黄克功。梁婷婷让高歌站在远处等她，而她走近黄克功和杨道荣，告诉他们她早有男朋友，那人就是高歌。
石二柱前来找高歌，让高歌和梁婷婷注意影响，已经有人跟领导反应了。谭翰若认为民团难以整训，张团长则认为一次整训还不够。蓝衣社马站长看到抗大风生水起，决定让行动组制造事端。石二柱跟郑鸿儒汇报梁婷婷和高歌之间的情况，郑鸿儒认为经常在一起不一定就是谈恋爱，事情没有调查清楚之前不要草率地下结论。石二柱拉着高歌去向梁婷婷道歉，梁婷婷让石二柱说出小报告的人，石二柱不肯说，梁婷婷就不原谅他。梁婷婷问高歌喜不喜欢她，高歌让她误解同学之间的正常友谊，这对梁婷婷造成巨大打击，梁婷婷突然离开抗大，众人连夜外出寻找梁婷婷。梁婷婷回家了，郑鸿儒让徐春英多关心女学员的问题。
梁婷婷将调查中发现的一些中疑情况写成文章给报社发表，总编跟董娜汇报，董娜阻止文章发布，董娜提议让马站长利用上峰关系对梁将军施压。李副官提醒梁婷婷不要再写相关文章，梁将军被上级批了，让梁婷婷等他的消息。谭翰若带陈晓婉和沈文翠上街，正好看到抗大在招生，三人拿了报名表。郑鸿儒告诉在教务处帮助的学员，要是他们在教务处帮衬工作，以后有机会留校，学校的工作也很重要。马站长让董娜盯紧报社，控制舆论，董娜提议对付梁婷婷，马站长让董娜提醒高远配合他们今后的拦截行动。张团长要被调走了，让陈晓婉、谭翰若和沈文翠到南京转飞机，他们来到西安抗大招生处，与傅淑兰、肖秋、黄达等一起乘坐同一卡车去延安，汽车半路抛锚，谭翰若等人不得不步行去延安。
陈晓婉发言时被傅淑兰嘲讽很不高兴，傅淑兰想自荐选班长，陈晓婉认为沈文翠更加合适。舞会上，孟夫子和陈晓婉一块儿跳舞。半夜傅淑兰起床，绊上陈晓婉的鞋子，一气之下将鞋子放到木柜顶上。早上起床，陈晓婉出操因找不到鞋子，只好穿着高跟鞋出操，结果被石二柱批评，下操后沈文翠等人好不容易才从木柜顶上帮陈晓婉找到鞋子。沈文翠从孟夫子那里打听高歌的情况，陈晓婉认为高歌不可能做那样的事情。沈文对对高远有怨气，让陈晓婉别多管高歌的事情。出操时，陈晓婉没打绑腿，被叫去回宿舍拿。陈晓婉取绑腿的时候遇到高歌，高歌把自己的绑腿给陈晓婉，还帮陈晓婉打好绑腿。
沈文翠劝陈晓婉，希望她能尽快从谭翰若死亡的悲痛中走出来，迎接新的生活。陈晓婉努力训练，谭翰若的死讯让她下定决心留在抗大，去完成谭翰若生前理想。高歌帮助陈晓婉训练。梁婷婷的一封信，导致国民党蓝衣社试图诋毁抗大的全盘计划失败，蓝衣社马站长心生恨意，决定报复梁婷婷。梁婷婷在回家的途中被抓走关到一个仓库里，李副官前往搭救梁婷婷。梁婷婷被李副官顺利救出，但是也被告知为了梁将军考虑，被绑架的事情就不再深究。石二柱利用萝卜等物给学员教授地形学，使学员们能够更生动形象地获得知识。在男学员中却有人发出异样的声音，认为抗大的教学不如人意。
黄克功事件在抗大以及整个社会引发了轩然大波，西安蓝衣社自然不会放过这这个机会，从报纸上大肆渲染这件事情，向老百姓们诋毁抗大，这对抗大造成了不良影响。谭翰若从董娜口中得知陈晓婉在抗大里，谭翰若十分担忧，却也无能为力。在黄达、刘雄的怂恿之下，肖秋等人连夜出逃，准备离开抗大，去投奔中央军校。然而这件事情被陈晓婉发现。高歌、孙振亚追上这些学员以后极力挽回，并识破了黄达的特务身份，这才让学员们放弃离开。黄达策反失败，但保护了刘雄。
蓝衣社让西北军扣押抗大新生，梁将军拒绝。梁婷婷让梁将军护送抗大新生，梁将军认为他没有去抓捕抗大新生就已经很不错了。梁婷婷把梁将军写的手谕递给高歌，使抗大新生顺利通过哨卡。黄达等人换了路标，高远打算等车过去了再炸路，让他们一路去山西，让他们知难而退。高歌及时发现了这条路是错误方向，迅速让车队折返，迫使黄达等人提前炸路。在高歌的带领下，学员队伍成功从黄达等人的袭击中逃脱去延安。马站长警告手下，千万不能让共产党知道是蓝衣社做的。车没有油了，学生们徒步去延安。
谭翰若的来信，她心里五味杂陈，一是因为知道了谭翰若依然活着，心里惊喜万分，二来她也从信中得知了谭翰若已加入到国民党特务机关，陈晓婉十分担忧。 陈晓婉把心事告诉给指导员徐春英，在徐春英耐心的分析教育下，陈晓婉决定把信交由保卫处，保卫处进而查到了谭翰若蓝衣社特训班的身份。王处长让陈晓婉与谭翰若保持通信，尝试着获知蓝衣社的情报。陈晓婉起初并不同意，后来她从大局考虑，思前想后，加之她本人也希望通过通信来说服谭翰若，让谭翰若弃暗投明，就答应了。陈晓婉与谭翰若的通信来往终究没有瞒住高歌，高歌在无意中发现了陈晓婉写给谭翰若的信，陈晓婉因为保密条令，无法给高歌解释，只好有苦难言无言以对。
学校派史维富暗中监视刘雄，借此找出与刘雄接头的背后联络人。狡猾多疑的刘雄在事情败露之后逃离抗大，幸亏史维富及时汇报，高歌、石二柱和保卫处的战士一起，击退了前来接应刘雄潜逃的黄达魏东，抓捕了刘雄。而刘雄被抓获后不久就被毒死，特务潜伏抗大的案件又变得扑朔迷离。陈晓婉再次接到谭翰若的来信，沈文翠认为他们已经不在同一个阵营。陈晓婉跟徐春英提议建立校友会，举办募捐活动。陈晓婉认识到自己与谭翰若之间政治立场所带来的隔阂，认清了自己对谭翰若的爱情其实早已消逝。
梁婷婷怂恿王跃南与石二柱登山比赛，还在王跃南的背包里放进大石块儿。王跃南得知是梁婷婷的计谋，让梁婷婷训练的是把石头放在她自己的包里。等梁婷婷走出去之后，王跃南却在徐春英的面前夸赞梁婷婷。陈晓婉给高歌回信表明了自己的想法，告诉他虽然无法在爱情的路上走下去，却也一定会成为相互扶持的好战友。陈晓婉和谭翰若之间的通信往来还在继续，但已不再是为了感情，而是在执行组织的任务，狡猾的董娜看出了端倪，让谭翰若中止了这种游戏。谭翰若感激董娜的帮忙，董娜让谭翰若认识到了自己所背负的东西，重新认清了自己的身份，改名钟冷。
孟夫子逃离抗大之前打死了孙振亚教授，学校领导迅速作出反应，对孟夫子等人实施抓捕。孟夫子逃回西安，他就是企鹅。董娜怀疑孟夫子。日本机关让039继续留在蓝衣社，不到万不得已不要退出。钟冷从董娜手里看到了陈晓婉近期的照片，钟冷毕业后，正式加入蓝衣社，成为一名特务。西安蓝衣社，正式改名为国民政府军事统计局西安站。陈晓婉被告知结束了与钟冷的通信任务，如释重负的陈晓婉不知不觉中来到了高歌的宿舍，却在门外看到了梁婷婷照顾高歌。陈晓婉黯然离去，回到宿舍的她下定决心把自己的感情问题放到一边，一心投入到革命工作中。
军统西安站接到了共产党对孟夫子日本特务身份的协查通报，马站长、董娜和钟冷商议此事。马站长决定趁孟夫子回西安复命之际对其展开调查审问，事实查明后，就秘密处决孟夫子。高歌找到王跃南学习爆破技术，王跃南教导高歌。梁婷婷得知高歌想要学习爆破，两个人都拜王跃南为师。梁婷婷毕业后被分到了抗大第六大队任职，出发前，梁婷婷向高歌表白，却再次被高歌拒绝。李副官说梁将军等她毕业回家，梁婷婷拒绝回去，毅然留在抗大任教。
梁婷婷以死相逼，向李副官表明自己坚持归队的决心，没法阻拦梁婷婷的李副官只得作罢，为了不让心仪的梁婷婷遇到危险，李副官也下定决心取消了和孟夫子商量好的计划。高远被国防部召回，马站长让董娜看着特训班。分校顺利通过西北军防区之后，请求西北军增援，却得知梁将军收回命令，梁婷婷打电话给父亲，向他表明了自己的政治理想以及誓死跟着一分校转移的决心，梁将军被梁婷婷的话给震撼，同意了从西面发兵的计划。
