话说在清末民初时期，一代豪侠燕子李三行侠仗义，劫富济贫，最终却被有人出卖丢掉了性命。李三的师弟李显（姬麒麟 饰）不忘燕子门的奇耻大辱，十年磨一剑培养出三个得意的徒儿云龙（ 张立饰）、云飞（刘长纯 饰）和云馨（林芳兵 饰），最终杀掉仇人，报仇雪恨。适值乱世，日本觊觎东北， 张作霖欲请李显出山相助，后者则虚与委蛇，不愿就范，更命云龙下山避祸。云龙年轻气盛、傲慢无礼，一路上热下不少祸端；师兄云飞仁义忠厚，百般成全云龙和云馨的情事，无奈缘由天定，勉强不得。在这离乱的世道，李云龙最终化身为横行天下的飞贼李三…

本片通过三代知识分子的经历，以史诗的手法，描述了20世纪中国当代科学和教育家波澜壮阔的奋斗史，塑造了以钱学森、华罗庚、邓稼先、钱三强、朱自清、周培源、吴有训等为创作原型的卓然不凡的艺术群象，生动再现了从抗战爆发的清华北大到烽火硝烟的西南联大，再到新中国诞生之初，一代学子在烽火硝烟中发奋学习长大成人，赴美留学，并取得令世界瞩目的科学成就，最终冲破重重阻挠，毅然返回祖国贡献青春和才华，以满腔热血和拳拳的赤子之心奠基共和国科教大厦的史实。