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故事讲述了一代有良知的“粮食人”的故事。男主角高远和曲正平是莫逆之交，三十多年后，高远以新任粮食厅长的身份返乡。上任不久，他收到一封神秘的“匿名信”，举报粮库实为空仓，矛头直指当时已是副省长的曲正平。决心彻底追查事实真相的高远遭到了来自各方面的干扰和跟踪。为什么红旗粮库会出现空仓？谁是神秘的举报人？一道道难解的谜团砸向高远。 两位男主角高远和曲正平分别由素有“警察专业户”之称的李幼斌和张志忠扮演。谈及这部戏时，李幼斌直言：“演戏不应该从事件出发，而是从人物的感受出发。表演不是竞技，而是对角色、社会、问题理解的过程。”而一贯以“硬汉”形象示人的张志忠，此次在《天地粮人》中扮演曲正平，由于政见上的迥异，使得他与好友高远分道扬镳，成为势不两立的对手。具有丰富表演经历的他，将挣扎于情感和利欲之间，将人物性格刻画得逼真动人。 这是一部以粮食行业为背景，深切关注“粮食安全”及“三农”问题同时，热情讴歌“粮食人”对社会的高度责任感和无私奉献精神的长篇电视连续剧。
1960年，村长高诚安为了给村里人换粮食，将和儿子高远一同长大的大青马杀了。为了报复父亲，在县粮食表彰大会上，高远将父亲谎报粮食产量的事告诉了武鸣泉部长。正当全村人饥饿难挨时，高诚安又用高远的小青马换来了20斤豆油，却被刘二柱偷喝。
高远送方洁回家，曲正平舍下馒头给高远，3个人的友谊就这样建立起来。爷爷为了舍下自己的口粮而绝食，高远为了救爷爷偷了河稷粮库的粮食。村里断粮断炊，高诚安带领大家实行包产到户，被曲成贵揭发后被捕。高远在刘会计的帮助下念完书走出河稷，方洁将《钢铁是怎样炼成的》和10斤粮票送给了他。
高远的突然回来让曲正平百思不得其解，并且使他与方洁本已稳定的感情受到影响。金谷公司的老板梅子赶走了3个前来讨债的人，也赶走了为女友来找工作的林枫。曲正平的前妻叶玫居住的粮食院整日门庭若市，仗着对两个孩子有监护权，她更是野心勃勃。
高远去叶玫家看望曲正平的女儿，谈及方洁二人不欢而散。梅子帮林枫解决了他女友的工作问题，暗示自己知道他此次回来的目的。李永宝给高远送钱，高远把钱锁进保险箱。高远不仅不提倡在河稷搞粮食试点，还大力推行“清帐查库”，带曲正平前去捡查河稷粮库。
高远带曲正平看到的河稷粮库空空如也。李永宝找到梅子，请她帮忙拿回一号库的储备粮，梅子慨然应允。自从空库被曝光之后，方洁为了曲正平、叶玫为了李永宝先后找高远询问情况。
在梅子的帮助下，李永宝将亏库补实，同时辞去了粮库主任的职务。高远的父亲和儿子来到河稷，方洁和曲正平前去迎接，高远却下乡搞起了清查。叶玫以方洁和两个孩子要挟曲正平，警告他不得处分李永宝。梅子暗示高远不该只将目光放在李永宝身上。
曲正平对空库事件不再追究。复员后的丁志刚在拉沙时碰到一群无赖，幸好高远及时赶到。高远以河稷粮库为突破口实施清查，甚至提议延期或撤销粮食会议，与曲正平的矛盾加深。
丁志刚没有得到高远的帮助，挨了他一巴掌后方才恍然大悟。曲正平不仅没有取消粮食会议，反而将会议升格为省级，高远也被停职反省。高远在下乡时意外发现了赊粮的怪现象，丁志刚担任河稷粮食局副局长后，发现胡有德等人利用职务之便，在粮食局胡作非为。
在粮食会议前夕，高远将粮仓空库事件和农村囤粮的普遍现象越级上报给省长。会上，高远与李永宝在空库和压质压价、赚取级差等问题上发生激烈争执。高远的做法也严重伤害到曲正平的利益，两个人的矛盾激化。
曲正平责备李永宝，没想到竟被反咬一口。向高远反映了情况的何顺发被李永宝调往偏僻的樊村。方洁为曲正平的事找到高远，谈起自己被高远亲手送进监狱的弟弟方泽。高远渐渐对一号院产生了怀疑，梅子暗示他应将问题追查到底。
清查工作正式展开，高远却建议把河稷粮食局的事暂时放一放。为此，曲正平让李永宝将丁志刚的工作安排妥当作为回报。夏收将至，金谷公司出动大批收割机准备收购农民手中的粮食。曲正平在和方洁临近结婚登记时，因顾及高远而临时变卦。
夏粮下来了，各地粮站和收购所压质压价，农民们一心等着金谷公司来收购。李永宝巧妙地将这一责任推给了丁志刚。何顺发的儿子何苦一心想念书去了镇上的学校，在回家的路上迷了路。高远趁李永宝声称自己生病之际，派孙莉对河稷粮食局进行全面清查。
叶玫为李永宝的事找方洁示威。暴雨的袭击及金谷公司的失约使农民损失严重。高远跑到金谷公司痛斥梅子。杨越单独约梅子，来的却是曹珊珊。李永宝得寸进尺，曲正平为了镇住他，将丁志刚任命为河稷粮食局的常务副局长。
杨越和曹珊珊关起手机玩起人间蒸发。李永宝企图阻止河稷粮库的清查工作，派人将孙莉打伤。高远愤怒异常，将送资料给他的方洁误认为是曲正平的说客，对她冷嘲热讽。
丁志刚好好教训了胡有德一顿。狗急跳墙的李永宝以当初为曲正平当省长拉选票的事相要挟，要求他立即制止高远在河稷的清查工作。梅子发现曹珊珊和杨越发生了关系，又羞愧又气愤。曲正平独自探望了高远的父亲，心情沉重而复杂，同意拨款收粮。
丁志刚断了大疤瘌偷粮食局开黑赌场的电，并与他们恶战一场。曹珊珊跟杨越去了深圳。朱副厅长找高远揭了曲正平的底，并把曲正平的威胁告诉了他，高远犹豫不决。梅子找到了因失恋而喝醉酒的林枫，并把他带回家照顾。
曲正平设宴招待高远，并许诺省政府将拨救粮款收购农民的麦芽。正当农民们兴高采烈地准备去粮站卖粮时，省政府答应的收购资金却兑现不了。其实，这一切都是曲正平精心设计的，高远不仅被停职，清查工作也被迫停止。
备受良心责备的曲正平想从方洁那里寻求安慰被拒绝。被停了职的高远依然为收购资金的事四处奔波。由于麦芽收购被取消，愤怒的农民去省政府讨公道。高远说服曲正平以打欠条的方式来收购农民们手头的粮食，并亲自签了收购麦芽的责任书。
麦芽收购进行得非常顺利，方洁更是鼎力相助。梅子渐渐向高远揭开了当初李永宝帮助曲正平竞选省长的内幕。当高远得知何顺发因向自己反映情况而被调离，深受感动。梅子终于承认自己就是写匿名信的人，并告知他事情的原委。
梅子帮助高远联系了境外客户并制定了粮食收购方案。曲正平再次以河稷为试点进行体制改革，并提出“果蔬代粮”的口号，想不到引发了一场粮荒。被逼无奈的曲正平只得开仓借粮给农民。方洁决定去大西北工作一段时间。曲正平辞去了副省长的职务。丁志刚率先组织起山区征粮队，前往山区征粮。
