該片以空軍官兵支援大西北開發為背景，講述某部周天機組和軍醫李珍、實習軍醫宋揚、汽車連長鄭強等人與沙暴搏鬥，搶救遇險石油勘探專家和巖芯標本的故事。西北石油勘探開發總公司高級工程師趙勇、巖芯分析員馮茹押運巖芯標本從勘探隊驅車趕往基地，準備轉機赴京，參加有中外各方出席的“勘探區油氣層分析論證會”。在號稱死亡之海的大漠五號地區遭遇特大風暴，車毀人傷。空軍周天機組與李珍、宋揚組成救援組，飛向死亡之海執行救援任務。同時，空軍胡楊堡場站汽車連連長鄭強、戰士吳路受命駕駛油車上路準備在飛機回程途中為其加油。機組在大黑山口與沙暴前鋒相遇。周機長沉著指揮，果斷處置與軍醫密切協同，戰勝空中旋停下降氣流，在沙暴中心區到達之前沖出山口。直升機進入五號地區搜尋，馮茹被飛機的轟鳴聲震醒。她掙紮著爬向汽車，點燃備份汽油桶，為飛機導航……李珍、宋揚發現趙工程師因失血過多深度休克，生命垂危。說服機長，準備就地開胸手術止血。李主任的眼睛破碎，無法作血管縫合術。此時，第二次沙暴正在逼近五號地區。機長決定取消手術，飛機立即起飛。宋揚堅決反對，她據理力爭，要求由自己主刀，並承擔一切責任。周機長、李主任被宋揚的精神打動，決定由宋揚主刀，風險共擔。宋揚在李主任的配合下，手術開始……。密閉的手術帳篷外，風沙強起。周機長為保護帳篷，隻身與風沙搏鬥。手術成功了，大家把傷員抬上飛機。狂風將帳篷掀起，直升機轟鳴著拔地而起。鄭連長、吳路遇山體塌方，大片滾落的山石砸在油車上，兩人受傷。因飛機無法落地，周機長決定實施懸停加油。鄭連長把吊索系在吳路身上，吳路被吊上飛機。他堅持打著了油車的馬達，宋揚下到地面啟動油泵按鈕，懸停加油成功。不料，油車起火，宋揚跑到駕駛室抓住鄭連長的手要把他拉出來，可車門被砸變形無法打開，連長鄭強壯烈犧牲。直升機在胡楊堡機場安全落地。周機長、宋揚、李主任將傷員和巖芯標本、資料送上噴氣式客機，飛向北京……
