年轻的石油工人刘思成(刘烨饰)是单位的业务标兵，喜欢收藏王铁人的所有物品。刘思成的父亲刘文瑞(张铎饰)是和王铁人并肩战斗过的战友。铁人后辈的身份带给刘思成无上荣誉的同时也日益成为他的困扰。在美丽的心理医师吴梦夏(马苏饰)的帮助下，刘思成开始尝试打开心结。与此同时，赵一林(黄渤饰)因和女友的不检行为被揭发而双双被迫离队。恼羞成怒的赵一林当众怒斥此事的惟一知情人刘思成，认为刘和他的父亲刘文瑞一样都是只知道沽名钓誉的骗子。父亲到底是和铁人战斗到底的英雄，还是如赵一林所言半路当了逃兵？伴随着刘思成的追问，时光退回到半个世纪前……一列破旧的火车把王进喜(吴刚饰)和他的1205钻井队从甘肃玉门油田拉到了大庆。作为石油大会战的主力军，王进喜和他的队伍肩负着让新中国甩掉贫油帽子的希望。这只除却血肉之躯和钢铁意志几乎一无所有的队伍在队长王进喜的带领下，苦干5天5夜，大庆第一口油井终于开钻。房东老大娘见王进喜连续数昼夜奋战在井架，感慨“王队长真是个铁人！”，“王铁人”的名字从此传开。第一口油井打好之后，王进喜的腿被滚落的钻杆砸伤，他却顾不上住院。拄着拐杖缠着绷带连夜回到井队...
