1930年代初，上海。我党派5号机要员及助手冯自强（林强 饰）送密件去苏区，敌别动队长王文轩（王宝华 饰）获此情报，侦辑处长潘国梁（马群 饰）也派人辑拿5号机要员。冯自强通过戒备森严的临海码头，与女交通员陈兰（牛娜 饰）接上头，后陈兰为掩护冯自强牺牲。冯自强孤军作战，分别与殷飞（郝一平 饰）、朱秋（狄剑青 饰）接上头，约定在镇海塔见面。潘国梁接到情报，指示王文轩将共党一网打尽，冯自强来到海神庙，发现前来会面的是卖烟女（石荣 饰），殷飞开枪打死了她，王文轩带别动队包围了汽车。孙副官（郭勇 饰）认定殷飞就是“铁马”。信以为真的王文轩刚要上车，突然响起的哨声使他感到自己上当了......
1961年春天，中国科学院上海生物研究所传开了一条震惊生物界的消息：世界上第一只没有外祖父的癞蛤蟆出世了，人工单性生殖实验成功了！就在大家都沉浸在喜庆的气氛中的时候，一个惊人噩耗又使人们陷入极度的悲痛。因为这项科学奇迹的创造者、著名的生物学家金昱曦博士，连自己的劳动成果都没有得及看一眼，就被癌症夺去了生命----他就是电《蛤蟆博士》叙述的主人公金昱曦。 金昱曦献身科学40年，走过了一条艰辛的路。1921年，他远涉法国勤工俭学，在那里做过翻砂工、修理工，织过地毯，洗过盘子。后来经人介绍给一位法国生物学教授当绘图员。由于他对生物学的酷爱，一开始工作就表现了特别的热情与勤奋，因此被冉克教授收为学生，留在身边。经过10年苦学，他获得了生物学博士学位。即将退休的老教授把金蝉曦看成自己理想的继承人，把自己工作了一辈子的实验室交给了这个前途无限的中国学生。1931年，日寇的铁蹄踏进了中国土地。远在异国的金昱曦思念家乡亲人，担心祖国的命运，他毅然放弃了优越的条件，告别了相处多年的老师，抱着科学救国的壮志，回到广州中山大学执教。黑暗的旧中国，科学上一片空白。最令金昱曦难以容忍的是反动政府利用伪科学进行反动宣传，愚弄欺骗人民。当他戳穿这群丑类的真面目的，却惹来了大祸，亲手搞起来的实验室，毁于警察的棍棒，回国几年成果的荡然无存。1935年，金昱曦带着妻子叶慧珍离开广州来到上海，继续他的研究。但是不久，上海沦陷，在日本人统治之下的这个东方大都市，更是鸡犬不宁。想出书，书店被封；想教书，人家会来找你的麻烦。这时汪伪南京政府派诸轶明找金昱曦去当汉奸，金昱曦当即严词拒绝。金昱曦走投无路，只得暂时放弃研究，在共产党人王书超的帮助下，全家躲进了偏僻的山区，在贫穷落后的山村里，教孩子们识字，帮老乡治蚕病。他靠着对人民的深厚感情，生活着；靠着对事业的信念，坚持着。不但生活了下来，并且还培养了两个忠实的学生：李鹓和叶嘉林。1948年金昱曦又回到了上海。他向私人借款，独自办起了生物研究所。黎明前的上海，通货膨胀，物价飞涨。贫困威胁着金昱曦。他的妻子叶慧珍既要帮助丈夫搞实验、绘图，又要承担4口之家的生活重担，终于在光明到来之前，她永远地离开了这个世界。解放了，金昱曦在巴黎的老同学 陈毅市长 找到了他，请他主持上海生物研究所的研究工作。他仅用了两年的时间把一直拖了18年的体外发育的实验做成了。但是，在极左路线的干扰下，金昱曦的基础科学研究又被迫停了下来。
伪满统治下的哈尔滨郊外刑场，响起了一阵枪声，爱国志士一个个倒下，其中有位容貌俊美的姑娘，她是伪江防舰队殷祚堃少将的女儿殷红。她的罪名是共产党帮凶，被拉来陪绑。原来，殷红在面临流氓侮辱之际，被地下党员石勇救下。殷红后被白俄匪徒绑架作人质，威逼交出20万元赎身费，又是石勇深 入虎穴救出了殷红。为避免白俄继续纠缠，石勇将殷红领进深山游击区暂避。途中，村姑白月娥为了掩护殷红与敌特英勇搏斗，献出了年轻的生命。这些亲身感受，使殷红的思想发生了急剧的变化，她开始懂得了人生的真正意义。回到哈尔滨之后，殷红为了报答石勇两次救命之恩，请求父亲让石勇去舰队当武术教官。殷祚堃策划比武竞技会，选拔教官，石勇武功过人，战胜了日本武士道名手岗野。殷红钦佩石勇为中国人出了气，深深地爱上了他。伪满舰队上的中国水兵惨遭日军迫害，石勇唤起了水兵们的爱国热情，利用殷红提供的情报杀了日本军佐，率领《东亚》、《大同》两舰起义。此事触怒了日寇海军部，派要员前来查办。殷祚堃为了保全乌纱帽，竟不惜以女儿去和肇玉玺中校"联络感情"。殷红打死了企图侮辱她的肇玉玺而被捕，并被扣上受中共指使"谋杀宫廷海军武官"的罪名投入监狱。殷红被捕前后，陆煜良的胞兄被日本侵略军杀害。陆煜良参加调查此案，他从殷红的日记中得到启发，也从事实真相中良心受到谴责，开始醒悟。凶狠的敌人最后想拿殷红作细菌试验。在押送殷红去731部队的途中，陆煜良以提前执行枪决为由，命令宪兵将殷红的镣铐打开，将殷红推下囚车，并毅然拉响了手雷与敌人同归于尽。
老县长离祥休负后，带焙外及甥锐女茨冬冬揭回氓故乡—预前椿山村。帅令他拷心痛的畦是，他只的揭儿子收、瞪村亥长杨长锁一贮心致灰富坛，枫竟把学杨校拆改晒成了副蓖业厂凤，饰失吗学的肃孩子们满村疯跑焙。预昔日甩的老琐师栅成了歇卖弄货垫郎。与嫂儿尘子争执不下，老肠县榷长娩决孽定自己频办学前班。羽但是村人对颁他盂的恐惧制阎造萄了夕困烁难庞。应老县厨长千方循百浴计消展除了漳人们胶对他珐的恐惧吹，学但钞是学前氰班又被沉顽忙皮程的妖孩子约搅乱剔。篡老柱县蛤长簿不灰斟心尿，夺他若的柱真诚感动了相聂亲肪。在能乡亲苏淘伟帮音助游下钟，缨学前班终于办起来儿了造。孙老印师塔也重蝴新拿起隅教罩鞭。老县长的脸燕上蝴漾扳出微笑。
周总理到世界各国访问，一直希望能乘自己国家生产的飞机去。于是，中国民航总局所有干部群众都投入到积极的工作中。总局局长谷之松的工作受到党内“左”的路线干扰，但他力排众议，启用高级技术人才，使工作顺利开展。机长龙飞在复杂的气候条件下大胆实验，取得成功，他的妻子乔欣承受着“海外关系”的困扰，支持龙飞。副局长李瑞为了工作推迟婚期。谷之松的儿子也献出了生命。终于在1965年的春天，周总理乘坐着我们自己生产的飞机出访了。
