该片以空军官兵支援大西北开发为背景，讲述某部周天机组和军医李珍、实习军医宋扬、汽车连长郑强等人与沙暴搏斗，抢救遇险石油勘探专家和岩芯标本的故事。
西北石油勘探开发总公司高级工程师赵勇、岩芯分析员冯茹押运岩芯标本从勘探队驱车赶往基地，准备转机赴京，参加有中外各方出席的“勘探区油气层分析论证会”。在号称死亡之海的大漠五号地区遭遇特大风暴，车毁人伤。
空军周天机组与李珍、宋扬组成救援组，飞向死亡之海执行救援任务。同时，空军胡杨堡场站汽车连连长郑强、战士吴路受命驾驶油车上路准备在飞机回程途中为其加油。
机组在大黑山口与沙暴前锋相遇。周机长沉着指挥，果断处置与军医密切协同，战胜空中旋停下降气流，在沙暴中心区到达之前冲出山口。
直升机进入五号地区搜寻，冯茹被飞机的轰鸣声震醒。她挣扎着爬向汽车，点燃备份汽油桶，为飞机导航……
李珍、宋扬发现赵工程师因失血过多深度休克，生命垂危。说服机长，准备就地开胸手术止血。李主任的眼睛破碎，无法作血管缝合术。此时，第二次沙暴正在逼近五号地区。机长决定取消手术，飞机立即起飞。宋扬坚决反对，她据理力争，要求由自己主刀，并承担一切责任。周机长、李主任被宋扬的精神打动，决定由宋扬主刀，风险共担。宋扬在李主任的配合下，手术开始……。密闭的手术帐篷外，风沙强起。周机长为保护帐篷，只身与风沙搏斗。手术成功了，大家把伤员抬上飞机。狂风将帐篷掀起，直升机轰鸣着拔地而起。
郑连长、吴路遇山体塌方，大片滚落的山石砸在油车上，两人受伤。因飞机无法落地，周机长决定实施悬停加油。郑连长把吊索系在吴路身上，吴路被吊上飞机。他坚持打着了油车的马达，宋扬下到地面启动油泵按钮，悬停加油成功。不料，油车起火，宋扬跑到驾驶室抓住郑连长的手要把他拉出来，可车门被砸变形无法打开，连长郑强壮烈牺牲。
直升机在胡杨堡机场安全落地。周机长、宋扬、李主任将伤员和岩芯标本、资料送上喷气式客机，飞向北京……
