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本剧讲述了在国外行医多年的女心外科医生唐佳瑜，被副院长刘沣邀请回国担任北京安和济生医院心脏中心的主任。从与医务处处长欧阳真予不打不相识，到与麻醉科医生叶弈明渐渐发展为知己。同时又带领重病组五位成员：江百列、龙向东、秦大中、周达、廖小波共同救治28起罕见心脏病例，在不断的成长中助推了国产“全磁悬浮人工心脏”的成功研发，最终改写了中国心外历史，同时实现自我救赎，收获幸福的故事。
在国外行医多年的女外科医生唐佳瑜忽然回国，空降安和济生医院，担任心脏中心主任，她的特立独行引来医院议论纷纷，被挤掉的代理主任宋保德使出杀手锏，收集到佳瑜手下四名医生秦大中、龙向东、周达、江百列的换组申请，意图架空唐佳瑜，这一切让邀佳瑜回国的副院长刘沣骑虎难下，他求助于麻醉医生叶弈明，请叶弈明暗中协助佳瑜，麻醉医生是外科医生在手术台上最可靠的战友，但叶弈明不置可否。 对一名马凡氏综合征病人骆心然的争夺战，将佳瑜和宋保德的矛盾推向爆点，两人手术方案不同，谁对谁错将决定这名16岁少女的生死.事态的发展超出了众人的预料。一场险象环生的全主动脉置换术，佳瑜的表现惊艳全场，为她赢来众人的初步尊重，也让叶弈明刮目相看。术后，佳瑜以亲身经历鼓励骆心然，原来佳瑜的父亲在她8岁那年因心脏病死亡，所以她才选择从医，骆心然被打动，重燃求生意志。
接二连三的急性主动脉夹层患者令重病组起疑，原来是宋保德在背后捣鬼，众人愤慨，唯有佳瑜不动声色接下手术，令人费解。刘沣再次询问佳瑜对研发人工心脏的意向，仍遭拒绝，佳瑜只想做个简单的外科医生，不想涉足研发。佳瑜发现叶弈明和宋保德来往密切，不禁对叶弈明产生反感。 车祸患者郑美棠的手术，引出了郑美棠丈夫于江平的奇怪病情，几番周折，佳瑜终于探明于江平病情：心脏粘液瘤，却因于江平的身体情况，无法确定手术方案，医生们一筹莫展。在这一过程中，佳瑜和叶弈明的矛盾加深，她要求叶弈明不再出现在她的手术室，她无法在不信任麻醉医生的情况下手术。 重病组的工作量持续增加，众人的体力和耐力都被拉到极限，作为主刀的佳瑜更是如此，长时间手术导致她的手犯了腱鞘炎，去挂门诊号却挂到了叶弈明的诊室，叶弈明不解佳瑜为何明知是宋保德捣鬼，却要逞强接下所有手术？佳瑜道出实情：在外科，获得同僚尊重的唯一手段，就是完成手术。
医务处临时检查，令心外的医护们如临大敌，医务处长欧阳真予在安和医院素有铁腕之名，唐佳瑜和欧阳真予初次见面便很不愉快，都暗暗希望未来不用再和对方打交道。唐佳瑜在国外救治过的病人王雪纯入院来做心脏移植，她是扩心病晚期，多年等待终于等到捐献供体。佳瑜替王雪纯高兴，却发现欧阳真予是医院的器官移植协调员，只好硬着头皮继续应付欧阳。 捐献心脏的是车祸导致脑死亡的袁蕊，袁父母从外省赶来，欧阳真予向两人说明袁蕊是器官捐献志愿者，遭袁母断然拒绝，王雪纯的移植手术暂时告吹。佳瑜来找欧阳兴师问罪，谁知欧阳早已想到解决方案，最终家属同意了捐献。 但因事态的发展，无法按照原定计划执行，佳瑜只能放弃，等待下一颗捐献的心脏。经过此事，佳瑜意识到研发国产人工心脏对等待心脏移植的病人们意味着什么，她决定接受刘沣的邀请，带领重病组开展研发。
有自闭症的钟小星入院，他患有先天性二尖瓣狭窄，被家人遗弃在孤儿院，重病组面临挑战：为这个10岁的孩子换成人瓣儿，以减少未来手术的次数。另外，钟小星对医生莫名恐惧，看到白大褂就尖叫不止，挣扎不肯配合查房，佳瑜不知拿小星如何是好，幸好叶弈明想到办法，成功安抚了小星。 手术日，钟小星在麻醉时出现异常反应，惊恐至心脏停跳，令叶弈明震惊，他认为小星对医院的恐惧可能另有原因，宁可承担责任也要叫停手术，佳瑜与他意见相左，两人争执，与此同时，吴敏敏发现诡秘男子是钟小星的亲生父亲。 手术延期，钟小星从病房走失了！医院封锁，寻找钟小星，佳瑜和叶弈明在天台找到小星，关键时刻，叶弈明救下小星。重病组和麻醉科通力合作，在避免二次术中知晓的前提下，为小星成功手术。因为吴敏敏的劝导，小星的亲生父亲也幡然醒悟，主动承认了遗弃孩子的错误。
因为短视频网站上的一条不雅监控视频，关于佳瑜和刘沣关系暧昧的传闻在医院悄悄流传开来…传闻在医院越演越烈，宋保德的副手廖小波故意说难听话，惹得龙向东差点跟他起冲突，佳瑜这才知道自己成了传闻视频的主角，但她不理闲言碎语，依旧我行我素，令重病组众人起敬。叶弈明不满众口铄金，暗中调查，原来整件事是宋保德的‘误导’之下才传开的，江百列得知此事，对宋保德失望。 表面古板的欧阳真予竟是方宁的书粉，遭到佳瑜取笑，欧阳认为佳瑜并不是视频主角，但原因令人捧腹，两人相爱相杀，逐渐成为朋友。 佳瑜想到方案替方宁手术，但方宁执意要等男友赶来才肯进手术室，她对爱情的执着令佳瑜不敢苟同，佳瑜认定方宁男友不会出现，然而事情的最终结果，却让佳瑜大跌眼镜。方宁顺利出院，在网站访谈中谈到这次的主刀医生，这段访谈被身在国外的赵晋安看到，他终于找到了佳瑜的行踪，他是唐佳瑜的丈夫。
重病组对人工心脏的研发正式开始了，第一步是寻找合适的工程师合作，龙向东推荐人选：海外回国自主创业的王海明。廖小波被借调来重病组后处处找茬，想挖出佳瑜黑料，却无从下手。 一名患有矫正型大动脉转位的病人陈维生找到佳瑜，坚持要做手术，但他的手术指征勉强。龙向东和佳瑜去找王海明，王海明拿出人工心脏的样机给两人示范，样机十分优秀，王海明却拒绝了安和的合作意向，他打算和一家器械商合作，佳瑜失望而归。 为澄清医院的流言，刘沣叫来妻子周琳和佳瑜一起吃饭，面对被疑心病折磨的周琳，佳瑜动了恻隐之心，隐晦的说出回国原因之一是因为丈夫出轨，原来她已经结婚了。周琳惊讶之余不禁同情，两个女人化敌为友，刘沣却浑然不知。 廖小波查了一圈，得意爆料，没想到爆的却是假料。重病组这次站在佳瑜一边，众人已经逐渐接受了这位女外科主任。陈维生情况恶化，佳瑜被他的意志力感动，决定冒险为他手术。
深夜的急诊，主动脉夹层破裂导致心包填塞的17岁少年魏朝阳命悬一线，佳瑜冒险为他进行心包穿刺，使他得到继续手术的机会，魏父千恩万谢，魏朝阳被推入手术室。 佳瑜租到房子，在叶弈明家隔壁，两人成了邻居，叶弈明展示厨艺，佳瑜谈起8岁时便立志做心外科，令叶弈明好奇。 魏朝阳的腿持续恶化，必须截肢才能保命，但魏父无法理解儿子来做心脏手术为什么要切掉一条腿，他坚决不同意，并和龙向东起了冲突，情况失控。事情闹到刘沣那儿，佳瑜力保龙向东，欧阳真予要求保安进驻心外，保护医生为首位，佳瑜却不同意，认为会打扰到病人养病，两人针尖对麦芒，刘沣不敢得罪这两个女人，只好再次求助叶弈明。 魏朝阳心脏骤停，重病组好不容易抢救回来，佳瑜告知魏父，再不截肢，性命不保，魏父终于痛苦的同意了，这个17岁的少年被再次推入手术室。
叶弈明发现唐佳瑜的出租房空空如也，什么家具也没有，佳瑜嘴上说懒得买，实际是她还未做好重新开始生活的心理准备，叶弈明看穿了这一点。 整形外科转过来一个病人徐明珠，她是来隆胸的小网红，却被发现巨大心脏，要转到心外做手术，颜值即正义的徐明珠指定要江百列做她的管床医生。廖小波故意把重病组的病人往宋保德那里送，导致他和佳瑜矛盾更加尖锐，秦大中羡慕廖小波前段时间休假，一直嚷嚷着也要休息几天，重病组缺人手，但因为秦大中的孩子‘点点’生病，佳瑜只好批准他休假。 因为秦大中前妻的出现，佳瑜发现‘点点’原来是条狗，秦大中不惜撒谎也要休假的精神，令人哭笑不得，两人一番斗智斗勇，秦大中同意以后再也不给佳瑜使绊子。 佳瑜决定鼓起勇气开始新生活，她和叶弈明约好去看家具，两人的关系在不知不觉中慢慢走近。
心外界的鼻祖级人物薛正伦来安和做冠脉搭桥手术，他指定佳瑜为主刀医生。薛老是仁外医院退休的老院长，仁外是安和的竞争对手，且仁外的心外科一直强于安和，薛老选择安和来手术，简直是业界活广告，这让刘沣乐开了花，没想到佳瑜一口拒绝。 薛老得知后亲自来找佳瑜，一张CT片便令佳瑜改变主意，原来薛老得的不是冠心病，而是极为罕见的心脏癌症：心脏血管肉瘤。薛老恳求佳瑜对外隐瞒他的病情，佳瑜答应了。 廖小波也发现了那张代开的CT检查单，马上告诉宋保德，但宋保德因不久前佳瑜在手术室帮他救急，再加上不愿得罪薛老，将此事压了下来，没有上报。 刘沣终于得知实情，却晚了一步，薛老的手术已经开始，佳瑜成功为薛老摘除肿瘤，就在众人以为手术即将结束时，薛老的心脏却停止了跳动……
众人抢救薛正伦，但薛正伦还是永远闭上了眼睛。 佳瑜失魂落魄的离开手术室，国内心外的开创者之一死在了她的手术台上，众人都明白，此事不会轻易了结。叶弈明去找刘沣汇报，薛老死因可能是鱼精蛋白过敏，和手术无关，但确切结论需要解剖验尸才能得出。 薛老的学生顾英雄来安和兴师问罪，顾英雄素有‘亚洲第一刀’的美誉，是国内心外界的顶级医生，为了查明恩师死因，他不惜亲自解剖遗体，并要求唐佳瑜再三叙述手术过程，顾英雄气场强大，令佳瑜透不过气。 一名外伤病人被送到急诊，因为这名病人是器官位置和正常人相反的镜面人，需要两名同样娴熟的医生同时为他手术，佳瑜和顾英雄临危受命，在手术室里，两个外科医生建立了彼此之间的信任。 手术后，顾英雄坦白告诉佳瑜，他在解剖遗体时，就已经知道是鱼精蛋白过敏，的确不是佳瑜的错，但他无法接受恩师死亡，所以才对佳瑜咄咄逼人，佳瑜表示谅解。
医务处正在进行一场医疗事故的问询，廖小波的病人杨姗姗突然死亡，所有证据指向廖小波术后医嘱忘开常规抗凝药，他却坚持是因为来不及开医嘱而从备用药柜里拿了抗凝药给病人，但无人证实这一说法。 廖小波忧心肿肿，宋保德表示挺他到底，两人兄弟情深，宋保德建议私了，让医院给患者安抚金，廖小波不甘心名誉受损，但也明白这是最快的解决之道。 一家器械商爆发丑闻，廖小波被卷入，在网上遭到人肉，一时成为众矢之的。人言可畏，宋保德选择自保，向刘沣提出开除廖小波以保护医院名声，令廖小波寒心，反而是佳瑜反对，她决定和欧阳一起查明杨姗姗死亡的真相。 佳瑜去找叶弈明。告诉他那名老妇人是她的母亲尤海莉，佳瑜父亲死后，母亲不久再嫁，母女关系逐渐冷淡，两人已经数年未见了，佳瑜说起父亲的死，仍然十分痛心，令叶弈明怜惜。 新仇加旧怨，宋保德决定匿名举报佳瑜。
唐佳瑜来上班，重病组其乐融融，一切终于上了正轨，然而，众人不知道，宋保德的匿名举报已经发到了刘沣办公室，给薛老冒开CT检查单，以及陈维生的手术，都是举报焦点，如果调查属实，佳瑜将面临免职和停手术6个月的惩罚，刘沣担忧，让欧阳真予先瞒住佳瑜。 叶弈明确定了心意，决定跟佳瑜表白，但没找到机会。 一个西藏少年扎西入院，他的皮肤变成了黑色，本以为是皮肤病，没想到却是罕见的先心病。刘沣找宋保德调停，宋保德傲慢的说要佳瑜当众向他道歉才肯撤回举报。佳瑜也终于知道了被举报的事，刘沣要她能屈能伸，先道歉再说，佳瑜无奈答应，却在道歉大会上无法违背真心，说出了大实话，令事态更加无法挽回，她的免职似乎板上钉钉，重病组的人决定冒险阻止此事。 欧阳真予去找王海明签合作协议，两人气场不和，都看不上对方。 扎西手术成功，佳瑜做好了被免职的准备，却等来了意外的好消息。
唐佳瑜来上班，重病组其乐融融，一切终于上了正轨，然而，众人不知道，宋保德的匿名举报已经发到了刘沣办公室，给薛老冒开CT检查单，以及陈维生的手术，都是举报焦点，如果调查属实，佳瑜将面临免职和停手术6个月的惩罚，刘沣担忧，让欧阳真予先瞒住佳瑜。 叶弈明确定了心意，决定跟佳瑜表白，但没找到机会。 一个西藏少年扎西入院，他的皮肤变成了黑色，本以为是皮肤病，没想到却是罕见的先心病。刘沣找宋保德调停，宋保德傲慢的说要佳瑜当众向他道歉才肯撤回举报。佳瑜也终于知道了被举报的事，刘沣要她能屈能伸，先道歉再说，佳瑜无奈答应，却在道歉大会上无法违背真心，说出了大实话，令事态更加无法挽回，她的免职似乎板上钉钉，重病组的人决定冒险阻止此事。 欧阳真予去找王海明签合作协议，两人气场不和，都看不上对方。 扎西手术成功，佳瑜做好了被免职的准备，却等来了意外的好消息。
赵晋安约佳瑜庆祝结婚9周年，被佳瑜拒绝。 刘沣妻子周琳的姑妈住进心外科，姑妈一生未嫁，最近经常吃了降压药血压还时高时低，周琳以为是血压计坏了，佳瑜却查出姑妈患有心脏嗜铬细胞瘤，此病多发于肾上腺，长在心脏里十分罕见。 亡妻忌日，龙向东心情低落，吴敏敏对他有些同情。 叶弈明不愿再和佳瑜合作，但嗜铬细胞瘤手术对麻醉要求极高，非他莫属。两人都带着情绪，因为治疗方案不同而争执起来。欧阳真予和网恋对象小王医生线下见面，一见钟情。同时，为方便研发人工心脏，王海明搬入安和的动物实验中心。 姑妈手术，摘除肿瘤后却出现异常，叶弈明凭借高超医术，判断出还有第二颗嗜铬细胞瘤，佳瑜信任叶弈明，在手术室重新检查，终于在肝脏后方找到第二颗肿瘤，即使无法做朋友，在手术台上两人仍是最默契的战友。 佳瑜回到办公室，看到桌上赵晋安留下的9周年礼物，陷入迷茫。
秦大中猜出佳瑜婚姻触礁，要大家最近对她好点。 叶弈明从刘沣处得知佳瑜丈夫出轨，这才明白佳瑜为何隐瞒。赵晋安来找佳瑜，带来一份离婚协议书，他愿意放弃一切和佳瑜重新开始，但如果佳瑜实在不愿意，那他也可以放她自由，是挽救婚姻还是一别两宽，全由佳瑜决定。 王海明入驻安和以后，常常找欧阳真予麻烦，令欧阳避之不及，小王医生主动表白，母胎单身的欧阳真予第一次谈上了恋爱，欧阳将此事告知上海的父母。 叶弈明来找佳瑜，佳瑜说她打算离婚，叶弈明很开心。 沈丽英恳求佳瑜为她保住孩子，沈丽英的话让佳瑜想起一段往事，她在国外曾怀孕，却因高强度工作而流产。佳瑜决定为沈丽英手术，同时保胎，叶弈明全力协助，沈丽英转危为安。 佳瑜告诉叶弈明当年流产的事，是赵晋安陪伴她度过最艰难的时光，两人结婚近十载，早已是家人，虽然她无法原谅赵晋安，却也无法转身离开。
佳瑜带龙向东等人进驻动物中心，人工心脏要做第一例动物实验，众人十分兴奋，却因欧阳真予和王海明合同谈不拢而被叫停，佳瑜只好去调停两人矛盾。 秦大中接诊一名冠脉堵塞的病人钱守义，钱守义是体检查出堵塞，平时并未发病，打算做介入支架，他是铁杆球迷，提出当晚要离开医院去看球赛，还用两张球票诱惑秦大中一起，秦大中咬牙拒绝。廖小波发现钱守义失踪，追到停车场看到秦大中和钱守义正要溜出去看球，廖小波气的半死，钱守义表明是自愿离院，和他人无关，并写了请假条，没想到去看球路上，钱守义突然发作心绞痛。 佳瑜提出给钱守义做搭桥手术的同时做减重手术，钱守义过度肥胖，只有做减重手术，才能保证桥血管长期通畅，钱守义动心，提出只要免费，他就放秦大中一马，佳瑜为组织一场免费手术再次奔波，叶弈明暗中帮忙，钱守义手术成功。
重病组收治永存动脉干患者陈小雨，这种病最佳手术期是婴儿期，但小雨已经5岁，手术风险极大，之所以拖到现在，是因为小雨父母离婚，由乡下的姥爷抚养长大，姥爷努力打工才攒够手术费，担心自己耽误了孙女病情，佳瑜不忍告知实情。 吴敏敏的男友杨锐策划惊喜求婚，吴敏敏感到幸福，答应了求婚，然而这一天，她在医院僻静处捡到一个患有cantrell五联症的弃婴。 佳瑜为小雨手术，虽然手术成功，但小雨却因肺动脉高压危象，死在了监护室，姥爷悲痛欲绝，佳瑜同情却无可奈何。吴敏敏协助民警办案，从医院听到的只言片语，拼凑出寻找弃婴母亲的线索：附近一名精神失常的流浪女。但这番寻找，却间接导致流浪女被车撞死，吴敏敏自责不已。欧阳真予无法违背本性，在竞聘会上没有替小王大夫投票，她相信小王能理解她的决定。 吴敏敏将流浪女的故事告诉佳瑜，这个精神失常的女人并不是抛弃孩子，而是用自己的生命换来了孩子‘生’的机会，吴敏敏提议给弃婴做公益手术，佳瑜同意。
赵晋安虽然搬到佳瑜的出租房，两人却一直分房睡，唐佳瑜无法真的接受他，令赵晋安苦恼，特意安排了婚姻咨询，收效甚微。 吴敏敏因为照顾弃婴，错过了接未来公婆的飞机，被未婚夫杨锐责怪，杨锐要吴敏敏请假陪他和家人去三亚度假，吴敏敏为难。 欧阳真予和小王约会，小王旁敲侧击的打听竞聘结果，令欧阳感到不适。 赵晋安质问唐佳瑜为何不能像他一样，努力尝试挽救婚姻，唐佳瑜说出真心话，出事以来，赵晋安并未坦白，他们婚姻中的毒瘤仍然存在。 李家河手术一番波折，终于成功保住性命。 赵晋安鼓起勇气坦白了出轨的事，夫妻两人终于坦诚相待，解开心结。 竞聘结果出来了，小王发现没评上，竟然和欧阳分手，原来他和欧阳谈恋爱，就是为了让欧阳投票，这番话被欧阳意外听到，深受伤害。 叶弈明在电梯里碰到赵晋安和唐佳瑜，赵晋安故意巧妙的告知叶弈明，他们夫妻已经和好如初……
欧阳真予被分手，佳瑜关怀问候，欧阳嘴硬的说没事。吴敏敏也被分手，她打算放低姿态来挽回这段感情。佳瑜和赵晋安关系好转，赵晋安辞掉国外工作，准备定居国内，这时，他接到了一个电话，是第三者于梦打来的。 急诊来了一个特殊外伤，婚礼现场发生天然气爆炸，新娘汪月和来阻婚的前男友刘东被一根钢筋穿透，成了‘连体人’，两人都是致命伤，无论救哪个，都必须放弃另一个，让佳瑜等人伤透了脑筋。 于梦从国外飞来寻赵晋安，要再续前情，被赵晋安拒绝，两人不欢而散。 欧阳在食堂遭遇小王和新女友。王海明和欧阳真予闹翻，良心发现去找欧阳道歉，却遇到欧阳躲在后院抹眼泪，王海明的反应令两人关系更僵。 吴敏敏和杨锐见面，两人同时提出复合，皆大欢喜，但杨锐吐露对吴敏敏职业的真实看法，他瞧不起护士，还打算让敏敏婚后辞职，吴敏敏惊讶又失望，这一次是她主动提了分手。 欧阳真予终于不再嘴硬，跟佳瑜说出真实感受，她失恋了。
赵晋安过生日，佳瑜给他买了蛋糕，于梦也给他买了蛋糕，吓的赵晋安一身冷汗，只得答应去见于梦。 因主动脉夹层入院的王保卫病情骤变，需要紧急手术，叶弈明休息，麻醉是刚升主治的年轻医生，经验不足。刘沣接到疾控中心电话，王保卫被查出是中东呼吸综合征Mers的密接者，刘沣立刻封闭手术室，全院隔离消杀，欧阳真予也赶来现场督战。手术室内，医生们得知消息，虽然忐忑，但依然坚持手术。 叶弈明和黎樱见面，黎樱大胆表白。这时，叶弈明得知医院出事，立刻赶回，并主动进入感染区，一是为了病人的安全，二是他要陪在佳瑜身边。 手术成功，叶弈明和佳瑜留下看护病人，在手术室中叶弈明告诉佳瑜，会一直陪着她。 叶弈明还是拒绝了黎樱，他心里已经有了佳瑜，无法违背本心。而被逼到绝路的赵晋安，也做好了和于梦彻底切断关系的准备。 欧阳真予回家，母亲来探亲，欧妈妈提出要见她男朋友，已经分手的欧阳风中凌乱。
