解放初期，怀揣着建设祖国大西北的梦想，水利学校毕业生陈大河随方文刚来到塔里木河畔。为了解决塔里木河流域长期以来“桃花水”造成的灾害问题，陈大河、方文刚和当地年轻的水利工作者吐尔孙，在阿不都拉老人和苏樱村村民的帮助下，斗智斗勇，修建了维系当地人民生产生活命脉的水利工程——海子水库。在修建水库的过程中，他们遇到了苏联专家安东诺夫等人。随着中苏关系的变化，苏联撤离在华所有人员时，在塔里木河流域留下了一套伪造的水文勘测资料。面对分离，冬妮娅毅然选择了留下，选择了陈大河，把安东诺夫给她的真实信息还给了陈大河。冬妮娅的痴情和坚强打动了陈大河。但这也让整个大坝工程背负了“修正主义”的罪名。文刚挺身而出主动承担责任，却被迫离开了塔里木河水利施工现场。为了继续施工，陈大河作出了生死声明，用自己的生命保证了大坝的安全...洪水来临时，陈大河和董尼娅带着刚出生的小南江站在新修的大坝上，吐尔孙和村民们站在陈大河身后...塔里木河第一次向陈大河等建设者投降。为了彻底控制洪水，陈大河和托尼亚进山寻找新的山体水库时，托尼亚在泥石流中遇难。20年后，水库大坝淤塞，塔河主干道断流，下游胡杨和生态急剧恶化。陈大河开始意识到，用青春和生命筑起的大坝，会在历史的车轮中慢慢褪色。他留给儿子陈南江一份完整的记录塔里木河流域的水文勘测手稿，突然去世...陈南江完成学业后回到了塔河。用他父亲的生命建造的大坝将被拆除，因为它阻塞了疏水的主要河流。他站在父母的墓前，请求他们的原谅和理解。这一举动遭到了他的养父吐尔孙和村民的强烈反对。因为，他们已经把这座大坝当成了陈大河和托尼亚的化身，陈南江和养父图尔孙、妹妹伯纳的矛盾也越来越激烈...在父亲测绘手稿的指引下，陈南江和妹妹伯纳一起重走塔里木河古河道，寻找父亲留下的河道转折点。历经千辛万苦，兄妹俩终于被父母治理塔里木河流域的激情岁月所感动，和好如初。2001年，党中央作出西部大开发的重大决策，国务院决定投资107亿元对塔里木河流域进行综合治理。大海子水库现场，两代水利工作者共同按下爆破按钮，昔日神圣的大坝瞬间崩塌。塔里木河的河水顺流而下，滋润着干涸的土地，孕育着新的生命，渐渐漫过了陈大河和托尼亚埋葬的墓地。陈南江等新一代水利工作者用另一种方式延续了陈大河和托尼亚，以及整个塔里木河流域的绿色生命。承载着两代水利工作者的鲜血和梦想的塔里木河水，向着更广阔的前方流淌...