影片采用倒叙手法，通过讲述美国女记者露茜在大庆的所见所闻，揭开很多王进喜鲜为人知的故事，向世人再现和还原一个真实的、铁骨柔肠的铁人形象，用现代人的眼光观照历史，品读和感悟铁人。影片生动刻画了以铁人王进喜为代表的一代中国石油人对祖国、对人民、对事业、对家庭的强烈责任感和使命感，再现会战年代可歌可泣的岁月及大庆50年的变迁与辉煌。

抗日战争胜利前夕，国军将领雷义方以惨重的代价取得了重大胜利，这次战役中的幸存者还有通讯兵佟大庆以及台湾籍日军军医严泽坤。抗日战争结束，雷义方迅速与千金小姐周蕴芬相恋结合；佟大庆喜欢上了跟自己假扮夫妻拍照各取所需的孤 女于真，两人相遇不久就各奔前程；严泽坤顺利回到台湾，乘坐“太平轮”穿梭于海峡两岸购买药材，却心系青梅竹马的日籍女子雅子不能忘怀。内战的爆发迫使雷义方和佟大庆重回战场，周蕴芬和家人乘“太平轮”去了台湾，从此开始漫长的等待。历史的不幸使大家相遇，“太平轮”成了几对情侣此生的牵挂。

美丽的东北新农村高家庄村民 高大庆帮助一起务工的农民兄弟讨薪之路，又因与开发商王总是好兄弟而陷入两难。进城后得知王总的兄弟因在澳门赌输钱跳楼，一时间进退两难。期间偶遇毒贩，曲折离奇内心纠结的一路向前，看到王总的为难，选择用毒资帮助好兄弟王总解围。

《太平轮》是一部时代史诗，涉及人物众多，影片中光主要角色就有十多个，这些角色以自己的人生沉浮，各自强化着大时代的动荡与变迁。章子怡与佟大为演绎着风尘女子与前线小兵之间艰难的底层情感；黄晓明和宋慧乔这对军官与千金小姐也在时代的风浪里经历情感的摇摆；金城武与长泽雅美这对台湾进步青年与日本女学生，更跨越了中日国籍，上演了一段受到流言蜚语与百般阻挠的爱恋。

20世纪七十年代的一个深秋，秋夜凉风习习，凤凰公社毛泽东思想宣传队在露天舞台正在进行专场演出。何三妹美丽的舞姿, 打动着每一个观众的心。公社书记和副书记王琪对何三妹十分欣赏。宣传队副队长杨豆筋对何三妹垂涎三尺。李大庆在上台前趁机将纸条塞给了何三妹，并约她到老地方见，急于上场的三妹将纸条放在了台灯座的下面，但一只无形的手却伸向了台灯座下。深夜里杨豆筋带人举着火把前来“捉奸”，二人纯真的爱情也被灌上了“奸情”的名声。公社书记认为何三妹与李大庆乱搞男女关系影响恶劣，组织必须处理,何三妹被游街示众。王琪知道此消息