坐落于西北边陲的杀虎口镇作为连接中原与塞外的重要关隘，数百年来无数将士经此从关内奔赴关外，踏上抵御外敌的征途，往往一去不返。该地流传着一句广为人知的俗语——“一入杀虎口，人间路难走”。因其地处交通要冲，当地民风历来剽悍，视人命如同草芥。居民平日务农为民，外出则时常劫掠为寇，行径与土匪并无二致，这一状况令历代执政者深感棘手。抗日战争全面爆发后，随着晋绥军与日军在西北地区展开反复争夺，杀虎口凭借其特殊战略地位，再度成为各方势力竞相觊觎的关键地域。
公元一九四二年，一批由海外爱国华侨捐赠、计划秘密运送至八路军晋察冀根据地的武器装备，在途经杀虎口区域时突然失去踪迹，所有武器及随行押运人员均下落不明。八路军总部随后派遣一支侦查小队前往调查，不料这支小队也如石沉大海，再无音讯。在形势紧迫之下，八路军团长顶住内部异议，决定启用新近收编的、出身土匪的战士白朗(李光洁 饰)，命其乔装改扮前往杀虎口探查线索。
几乎在同一时期，晋绥军秘密特派员钱佳皓(张磊 饰)也受命启程前往杀虎口。二人在追寻武器下落的过程中，形成了既相互戒备又不得不协作的复杂关系。他们不仅需要提防彼此，还必须共同应对来自杀虎口地区多方势力的围剿与追杀。历经波折，白朗与钱佳皓几乎同时寻获那批失踪的武器。双方僵持不下，最终约定以比武方式决定武器归属。比武未分高下，二人反而惺惺相惜，结为异姓兄弟，并共同商定利用这批武器对日军军火库发动奇袭。
此次袭击致使驻守杀虎口的日军部队遭受重创，但钱佳皓却因被晋绥军内部人员出卖，不幸落入日军手中。日军高层对此大为震怒，派遣手段残忍的指挥官羽田前往当地，专门镇压抗日力量。在羽田以家人性命相胁迫之下，钱佳皓被迫变节，加入了伪军队伍，自此不得不与昔日兄弟白朗兵戈相向。
在日军发起的“五一大扫荡”期间，白朗为掩护八路军总部机关安全转移，率领部下伪装成总部人员与敌军周旋，成功将日军主力诱入太行山深处。在日军形成的包围圈中，钱佳皓暗中下令让开一道缺口，使白朗及其队伍得以突围。然而在混乱的撤退过程中，八路军战士、同时也是钱佳皓妹妹的虎妞儿不幸被羽田部队俘获。
羽田在查明虎妞儿的身份后，大肆散布其被捕的消息。白朗的战友们闻讯后前赴后继，奋力营救虎妞儿，却接连惨死于羽田之手。虎妞儿不忍目睹战友为自己不断牺牲，数次试图自尽，均被日军看守发现并阻止，陷入求生不得、求死不能的绝境。
某个深夜，晋绥军军部来了一位不速之客——白朗孤身潜入，乔装找到钱佳皓，提议以自身交换虎妞儿。二人秘密制定了一项调包计划。可惜该计划最终未能成功，白朗不幸被捕，而虽侥幸脱身的虎妞儿，却在日军重重围困之下，面带决然笑容自尽身亡。目睹此景的钱佳皓悲愤至极，不惜孤注一掷，率领麾下士兵与日军展开血战，终因寡不敌众而被俘。
当地头面人物老刀把子与钱佳皓在晋绥军中的上级团长一同前来求情。羽田给予钱佳皓最后一个机会：令其在公开刑场上亲手枪决白朗。刑场之上，浑身伤痕的钱佳皓缓缓举起了手枪。那一刻，他与白朗仿佛都再次听到了彼此曾经立下的誓言——“无论到了何种境地，枪口绝不指向中国人”。