1938年，日军铁蹄践踏下的古都北平，出身封建家庭的北平大学生彭登科，追随心仪的进步女青年奔赴延安。在战火纷飞的革命圣地，苏贞不愿过早涉入儿女情长，而个性张扬的彭登科却紧追不舍；战斗英雄郑大龙、文学青年王新语、医生倪蓓的出现，更使二人的恋情横生波澜。土改、开辟根据地、上战场、深入敌占区、郑大龙及许多战友牺牲了。彭登科、苏贞经历了生死的考验、灵魂的再造和情感的升华，他们在延安这个革命大熔炉中走向成熟，终于真正领悟了革命爱情的真谛。抗战胜利，内战乌云笼罩中国，真心相爱的彭登科与苏贞分别被派往新的工作岗位，在一次飞机事故中，苏贞受了重伤，而彭登科以为苏贞死了。多年以后，小燕子告诉彭登科真相，彭登科再见苏贞时，已是胶片上的影像：苏贞用彭登科留给她的16毫米小摄影机，回顾了那段承载着无数青春理想和浪漫爱情的延安岁月，记录了她对彭登科深情的思恋。