1938年初，国际主义战士诺尔曼·白求恩（谭宁邦 饰）远渡重洋来到中国，投身中国人民的抗日战争。毛主席在延安接见了他，随后军区卫生部安排他担任医疗顾问。来到边区后，白求恩发现当地的医疗条件远比自己想象中恶劣，于是向司令员（吴雪 饰）提出建立后方示范医院，并调集各分区医生前来培训。为了救治重伤员，他不顾个人安危，亲自奔赴前线实施手术。
由于缺乏必要的医疗器械，许多重伤员无法得到及时救治，白求恩焦急万分，决定暂时返回加拿大。然而，一场突如其来的战斗打乱了他的计划。面对前来送行的方大夫（村里 饰）和童秘书（英若诚 饰），他坚定地说：“我不走了，这里更需要我。”黄土岭战役结束后，他在一次为战士做手术时不慎划破手指，一场悲剧也由此不可避免地发生了……
本片根据周而复同名小说改编。
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