抗联战士庞天德（朱亚文 饰）所在部队遭日本关东军疯狂围剿，无奈暂时撤入苏联境内。苏联方面让娜塔莎（伊莉莎 饰）负责对中国军人进行谍报培训，她对聪明俊朗的庞天德十分欣赏，二人渐生爱意。训练结束后，他们被派往境内与地下党接头。他们成功烧毁日军码头，处决了苏军败类罗斯托夫（安德烈·拉泽夫 饰），为苏联搜集了大量准确情报。之后，娜塔莎奉召回苏联。庞天德拒绝了父亲（马恩然 饰）为他安排的婚事，一心盼着与娜塔莎重逢。新中国成立后，娜塔莎以苏联专家的身份来到中国，就在两人准备登记结婚时，中苏关系破裂，从此天各一方。改革开放后，庞天德信守当年的约定，在中俄边境终于见到了魂牵梦绕几十年的娜塔莎......