我的娜塔莎抗联战士庞天德（朱亚文 饰）所在部队被日本关东军疯狂围剿，不得已暂时撤入苏联境內。苏联方面安排娜塔莎（伊莉莎 饰）负责中国军人的谍报培训工作，她十分欣赏聪明俊朗的天德，两人萌生深深爱意。训练结束后，俩人被派遣到境内与地下党接头。他们成功烧毁了日军码头，处决了苏军败类罗斯托夫（安德烈拉泽夫 饰），为苏联方面搜集了大量详实的情报，随后，娜塔莎奉召回囯。天德拒绝了父亲（马恩然 饰）为他安排的婚姻，只想与娜塔莎早日重逢。新中国成立后，娜塔莎以苏联专家身份来到中囯，正待两人准备登记结婚时，中苏关系破裂，从此二人天各一方。改革开放后，天德牢记当年的约定，在中俄边境见到了魂牵梦绕几十年的娜塔莎......