病床上，84歲的離休老幹部林玉紅彌留之際，念念不忘回到她魂牽夢縈的大漠古城。
為完成林媽媽遺願，養女林水蓮通過網絡集結了四名具有考古、醫療救助、野外生存等專長的都市志願者，一同奔赴西北茫茫大漠。
一路上，隊員們歷盡艱辛，挑戰生命極限，克服了迷路、缺水、流沙等重重困難，終於找到古城，又奇遇守墓人馬老漢。
通過林媽媽日記的線索和老村長講述，他們了解到，戰爭時期我軍後勤部隊遭遇敵人偷襲，一隊由機要員、文工團員、記者等女戰士組成的小分隊，攜帶密碼和文件向敵人包圍薄弱的戈壁沙漠繞道突圍。在古城裡，意外與敵人遭遇。為保衛密碼和文件，她們與敵人展開了殊死的搏鬥，最後隻剩下負傷的機要員林玉紅和一個被她從敵軍官槍口下救出的啞巴小馬倌。
小馬倌為報救命之恩，幫助林玉紅走出沙漠。分手時他們按當地習俗立下誓言，小馬倌將留在古城守侯戰士的英靈，等待林玉紅歸來。
古城深處，隊員們尋找烈士遺跡的工作全面展開。面對一具具遺骨、一件件遺物，隊員們仿佛看到了那些為中華民族解放事業英勇獻身的一個個年輕女戰士鮮活的生命，他們的心被深深震撼著，
此時，水、汽油將要用盡，沙暴襲來。在馬老伯引導下，隊員們不畏艱險，在沙漠中穿行。前進的路風沙彌漫，馬老伯毅然下車手舉信號燈為隊員們引路，就在即將沖過風口時，馬老伯不幸被流沙吞沒。
數月後，隊員們捐助的希望小學在柳泉堡建成。操場上，學生們舉辦升旗儀式。紀念碑前，擺放著隊員們敬獻的花圈，雄壯的國歌在柳泉堡上空回蕩。
這些現代都市白領在沖出沙漠的同時，也飛越了心靈的荒漠……
