《美麗的桑園坪》根據上世紀70年代發生在紫陽縣的真實故事改編，講述了“三線建設”歷史背景中“學兵連”的情感故事。
20世紀70年代初，陜西省動員25000名初中畢業生，到秦巴山區修建襄渝鐵路。襄渝鐵路當時是中國三線建設重點戰備工程，代號2107工程。
這些初中畢業生按照部隊編制組成了141個連隊，直接由鐵道兵部隊指揮。“2107工程陜西省建設指揮部”將這些學生連隊命名為“學生民兵”連(簡稱學兵連)，統一編號，從“2107工程學生民兵第1連”依次排到“2107工程學生民兵第141連”。
故事中張嘉祥、賀寶康、邵磊三個人是好哥們兒，生活在古城西安。學生時代就要結束了，他們響應祖國的號召成為了三線學兵連的戰士，開赴到了陜南的大山中，修建戰備鐵路。軍代表給大家作了戰鬥動員，可是每天的體力勞動使人疲憊不堪，大家的情緒也變得灰心沮喪。
嘉祥他們在河邊見到了一個清純美麗的女孩，但這個女孩沒有名字是個啞巴，給公社放牛。張嘉祥他們給這個女孩起了一個名字叫默麗亞。
從此默麗亞成為了學兵連的朋友，張嘉祥與默麗亞的交流越來越默契，他們通過簡單的用手比劃都能知道要表達的意思。默麗亞失去了聽覺，但她非常的敏感和細心。張嘉祥想教會默麗亞識字寫字，默麗亞很高興，她學的很認真。
默麗亞經常為他們采摘野果，送來烤紅薯還用牛幫助運送竹子搭建營房，學兵們給也她送了些小禮物。學兵們慶祝營房建成，請來默麗亞，不想默麗亞從未吃過餃子，她流下了眼淚。
山裡下雨沖毀了廚房，學兵們要冒雨去鎮上被糧，回來過河時險些被洪水沖走。軍代表看著這些渾身濕透的學兵們，流下了眼淚。
張嘉祥他們的皮膚都出了疹子，奇癢無比還出現了潰爛。有人從《赤腳醫生手冊》得知這是因為漆樹中毒，默麗亞看到立刻跑了出去，等她再回來的時候，學兵們看見默麗亞為他們采來了大量的草藥，她的胳膊上劃的都是口子。
學兵們又開始了艱苦的工作，用炸藥炸開石頭埋桿架線，每次的點火爆炸都飛沙走石，可是在默麗亞的眼裡那些爆炸就像是一朵朵盛開的白花。
默麗亞見到張嘉祥用手勢問他們為什麼會來這裡，張嘉祥在本子上邊畫便告訴她，來這修鐵路，為了讓火車開來。張嘉祥畫了一張畫，上面是他和默麗亞坐在火車上一起離開了這裡。
為了打通盤雲嶺隧道開始了會戰，學兵們在極其艱苦的環境下堅持著。學兵李東風因為一個啞炮爆炸出了事故，軍代表為他輸血並告誡大家一定要註意安全。張嘉祥得到命令去師部畫宣傳海報，因為原來的宣傳幹事犧牲了。
張嘉祥在師部看了一臺文藝演出，其中一個節目是表現了醫生用針灸把一個聾啞女孩治得會說話了。他立刻來到了師部衛生隊尋問情況，他發誓要治好默麗亞的聾啞病。
學兵們還在隧道裡工作，出來時每個人都是渾身的泥漿。西安的母親們來看望自己的兒子，可認不出來誰是自己的兒子，只有學兵們走到自己母親的跟前，母子們抱在了一起。
張嘉祥完成了工作往回走，在山口，解放軍攔住了他，告訴他要炸山了，還說三天前，已經用大喇叭給方圓十五裡的群眾都通知了。張嘉祥意識到，默麗亞是聽不到的。大地開始震顫，張嘉祥不等硝煙散去就沖了進去。
他來到默麗亞經常放牛的地方，看到了一頭牛倒在地上死去了，默麗亞穿著那件紅色的衣服躺在地上，她的腰上壓了一塊巨大的石頭，張嘉祥來到她的身邊。默麗亞看到了張嘉祥，她的眼睛閃爍了一下，表情平靜的死去了。張嘉祥兩眼通紅，他高舉著雙手，直指蒼天。
一聲汽笛劃破了天空，一列火車風馳電掣般的開來了。火車過去，山坡上是一片白色石碑的墓地。1973年，襄渝鐵路全線建成通車。
