故事在现代的沙漠石油钻探作业与上世纪六十年代的大庆"石油大会战"之间交替进行。“铁人”王进喜和现代“铁人”刘思成分别进行着他们“铁”的故事。

三年自然灾害来临，王进喜和他的队伍面遇到前所未有的考验。在严重的饥饿和高强度的作业下，队友们意志纷纷崩溃。王进喜省出自己的口粮，甚至不惜犯政治错误，想方设法给大家填肚子。看似粗枝大叶的王进喜对爱徒“小知识份子” 刘文瑞更呵护备至，还让妻子为其缝补护膝。刘文瑞最终还是偷偷踏上了返程的火车，师傅王进喜留下的那袋口粮和孤独的背影却成了刘文瑞一生的心债。