上世纪五十年代美苏进行核竞赛，美多次扬言要对我实施核打击。为打破其对我的核威胁和核讹诈，张司令员奉命在我国的大西北组建核试验基地，他提出要他的两个爱将何玉山、徐远征。何玉山接到命令，离开两个爱子何建国、何建军和怀有身孕的妻子林王洁。徐远征在新婚之夜与妻子林儒不辞而别。何玉山在华北某地接管了一支最后从朝鲜归国的志愿军部队。徐远征在北京郊区某火车站登上了载着这支部队的军列。他们到达甘肃某地，见到张司令员，并与先前从商丘抵达的部队会合。张司令员命令何玉山、徐远征率领部队进入新疆，挺进罗布泊无人区，寻找试验场区。部队在大漠中行进数百公里，历经艰难险阻，终于找到了理想的试验场区，并在开放有马兰花的地方安营扎寨，张司令员给基地起名叫马兰村。

林玉洁正如她的名字一样冰清玉洁，出身于大户家庭的她放弃优越的生活条件，毅然参军奔赴抗美援朝的战场，医术精湛的她拯救了诸多伤员的生命，也俘虏了男主角何玉山的心。一个是大家闺秀，一个是战场莽汉，两人磕磕绊绊却又相濡以沫，十分暖心。回国后，他们一起来到马兰，林玉洁用自己的青春改变着马兰的贫瘠，用日复一日的付出赢得了“马兰母亲”的光荣。