解放初期，怀揣建设祖国大西北梦想的水利学校毕业生陈大河和方文刚一起来到塔里木河。为了解决塔里木河流域由来已久的“桃花水”灾害，陈大河和方文刚与当地年轻的水利工作者吐尔孙一起，拼死拼活地修建了一座水利工程——大海子水库，维系着当地人民生产生活的命脉。在修建水库期间，他们会见了苏联专家安东诺夫和。随着中苏关系的变化，苏联在撤出全部在华人员时，留下了一套伪造的塔里木河流域水文勘测资料。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。然而，整个大坝工程被指控为“修正主义”。中方文刚出面主动承担责任，却被迫离开塔里木河水利施工现场。为了继续建设陈大河，他献出了自己的生命作为大坝安全的保证.洪水来临时，陈大河和董妮娅带着刚出生的小南江站在新建的大坝上。吐尔逊和村民们站在陈大河的身后.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，陈大河和冬妮娅进山寻找新的山体水库，冬妮娅被泥石流夺去了生命。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，这座用青春和生命筑起的大坝，将在历史的车轮中慢慢褪色。他给儿子陈南江留下了一份完整的塔里木河流域水文勘测文件，去世了.陈南江完成学业回到了塔河。父亲用生命筑起的大坝将被拆除，因为它堵塞了主要的疏水河道。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。因为他们已经把这个大坝当成了陈大河和托尼亚的化身，而陈南江与养父吐尔孙、妹妹贝尔纳的矛盾也愈演愈烈……在父亲测绘手稿的指引下，陈南江和妹妹贝尔纳一起重走塔里木河古河道，寻找父亲留下的河流转折点。历经千辛万苦，兄妹俩终于被父辈治理塔里木河流域的激情岁月所感动，彼此和解。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。在大海子水库现场，两代水利工作者共同按下爆破按钮，昔日神圣的大坝顿时崩塌。塔里木河顺流而下，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。塔里木河承载了两代水利工作者的热血和梦想，走向更广阔的战线.