一九四一年秋季，日军调集超过五万人的部队，对山东地区的八路军根据地展开大规模扫荡。敌军采取多路并进、梯次部署的战术，形成严密的包围圈，意图彻底摧毁根据地，消灭八路军指挥机关及主力部队。八路军第115师独立团第三营在沂蒙山一处阵地执行阻击任务，官兵战斗至最后一兵一卒，但防线仍被日军突破。营长赵大鲁(丁海峰 饰)在战斗结束后被抬往后方进行抢救。面对敌我兵力悬殊的局面，总部首长决定将部队与机关分散为小股队伍，分批实施突围。保育院也被列入转移序列，由于将孩子托付给当地群众并不稳妥，必须随军行动。田小二在厨房内故意制造事端，企图以此被开除。保育院王院长准备带他去见祁政委时，田小二才承认了自己的错误。
八路军被服厂在转移途中遭到日军袭击，而保育院的具体转移时间尚未得到通知。第三团郝团长在转移前找到王院长，将一封信件交予她。日军的铁壁合围计划推进得并不如预期顺利，日军第十七师团中将细川元敏下令搜寻八路军总部所在地。保育院的胖嫂始终保持乐观态度。祁政委在研究撤退路线时受到儿子豆豆的打扰，豆豆遭到训斥。豆豆母亲进屋后让豆豆到院子里等候。豆豆回到父母身边尚不足半年，她希望将豆豆托付给王维若(沈傲君 饰)照料，但祁政委正考虑解散保育院。王维若了解情况后向首长反映问题，她取出家长们留下的信件逐一宣读。这些信件实质上相当于遗书，首长们听后纷纷落泪。王维若随后提出了保育院转移所需满足的条件。
田小二是保育院中颇令人头疼的孩子，他也渴望奔赴前线抗击日军。王维若返回保育院后，计划为孩子们增设课程，以应对可能的长途行军。新到任的医生吕振邦将随同保育院一起转移。保育院中多数孩子为烈士遗孤，在转移准备过程中，祁政委将腰间配枪交到王维若手中，同时把田小二叫到面前叮嘱一番。田小二注意到祁政委口袋里的怀表，借拥抱之机将其偷走。日军飞机突然对第115师独立团驻地发动空袭，随后日军骑兵部队展开进攻，八路军撤退行动刻不容缓。祁政委最为担忧的是保育院在撤退途中遭遇危险，此时他想起了赵大鲁。
赵大鲁的右手因伤致残，但通过康复训练仍存在恢复可能，他迫切希望重返部队。王维若带领保育院抵达贾家峪村，负责护送的仅有一个班的兵力。赵大鲁因伤势被列入医院转移人员编制，但他穿上军装执意要返回战场，刚骑上马便跌落下来，再次上马时被祁政委阻拦。祁政委最终安排这位“神枪手”赵大鲁前往协助保育院安全突围。
在整体战略布局中，保育院的转移成为一项特殊而艰巨的任务。这些孩子的安危牵动着许多指战员的心，他们的父母大多已为革命献出生命，保障这些革命后代的安全具有深远意义。王维若作为保育院的主要负责人，承担着巨大的压力与责任。她不仅要安排日常照料与教育，还必须在战火中规划转移路线，确保每个孩子都能平安抵达目的地。
日军的扫荡行动持续加强，根据地周边形势日益严峻。八路军各部在掩护群众转移的同时，还需伺机突破敌军封锁。保育院的队伍在崎岖山路上缓慢行进，孩子们虽然年幼，却表现出超乎年龄的坚韧。田小二在途中逐渐意识到自身行为的后果，开始思考如何真正为集体贡献力量。赵大鲁虽然右手受伤，但凭借丰富的战斗经验和精准的左手射击能力，依然能够有效执行护卫任务。他仔细勘察沿途地形，规划隐蔽路线，避免与日军主力遭遇。
祁政委在部署整体突围方案时，特别将保育院的路线安排在相对隐蔽的区域，并调配有限兵力加强护卫。他深知这些孩子是革命的未来，任何闪失都将造成不可挽回的损失。王维若与赵大鲁就行进节奏、休息点设置、应急方案等细节进行反复商讨，力求在保证安全的前提下加快转移速度。保育院的教师们想方设法安抚孩子们的情绪，通过讲故事、唱歌曲等方式缓解长途跋涉的疲劳。
日军细川元敏部在搜寻八路军总部的同时，也察觉到有小股队伍在山区间移动，遂加强了对可疑区域的侦察。保育院的转移队伍数次险些与日军巡逻队相遇，均凭借赵大鲁的及时预警和正确指挥得以规避。在这个过程中，田小二意外发挥了重要作用，他身形小巧、动作敏捷，多次在前探路并传回关键信息。王维若注意到这个孩子的转变，开始有意识地培养他的责任感。
随着突围行动的深入，保育院与上级指挥部的联系时断时续，王维若和赵大鲁需要根据实际情况独立作出判断。他们选择昼伏夜出，利用复杂地形隐蔽行踪，同时尽可能保持孩子们的身体健康。医生吕振邦随时处理行军中出现的小伤小病，并指导做好卫生防护。胖嫂的乐观情绪感染着整个队伍，她总能在艰难时刻用朴实的话语鼓舞大家。
祁政委在指挥主力部队与日军周旋的同时，始终关注着保育院的动向。每当接到保育院安全抵达某个节点的消息，他紧绷的神经才稍得放松。这些孩子能否成功突围，不仅关系到几十个幼小生命的存亡，更关系到无数革命者内心的寄托与希望。整个八路军队伍都在以不同方式为保育院的转移创造有利条件，有的部队故意暴露行踪吸引日军注意，有的群众冒着风险提供情报和补给。
在战火纷飞的年代，这支特殊的队伍在山林间默默前行，他们的每一步都承载着生命的重量与未来的期许。王维若手中的那支手枪，赵大鲁警惕的目光，教师们疲惫却坚定的身影，孩子们相互搀扶的小手，共同构成了一幅深沉而坚韧的画卷。突围之路依然漫长且布满未知，但每个人都清楚，他们必须走下去，也必须成功。