张司令员(张京生 饰)在马兰基地的第一次党委扩大会议上，宣布部队到千里大漠寻找核试验靶场的秘密使命。何玉山(宋运成 饰)和徐远征(任泽巍 饰)分别被任命为保障部长、工兵团长，承担基地最艰难的保障工作和特种工程建设的重任。部队科研人员项怀瑾(张磊 饰)、李一婵(冯秦川 饰)夫妇分别接受新任务，并被要求不得泄露各自去向，他们将女儿丽萨(彭雨柔 饰)寄养在林玉洁(马境 饰)家后便出发了。林儒丫(袁菲 饰)不顾母亲埋怨，苦苦寻找丈夫徐远征。此时千里之外的徐远征也想念着妻子，拿出照片向战士们炫耀，内心不免生出苦涩。面对部队的艰苦条件和担负的重要使命，张司令员向指战员们发出绝地求生、扎根戈壁、隐姓埋名、完成使命的“马兰誓言”。