蒼茫的海域，一艘舷號866和巨大的“紅十字”標志的“和平方舟”艦船正在劈波斬浪向前航行。這艘中國海軍醫(yī)療船已經(jīng)在航線周邊國家數(shù)次執(zhí)行“和諧使命”任務，廣受贊譽。一場突如其來的緊急任務來臨，護航編隊軍醫(yī)張渡航（陳坤 飾）被調(diào)上了“和平方舟”，營救一艘失聯(lián)多日的漁船。

　　沒想到的是，這艘漁船遭遇了莫名的病情攻擊，船上的人死了大半，尸體都面容發(fā)黑。張渡航與院長孫誠海(王強 飾)經(jīng)過化驗，確定船上的人感染了致命性極強的傳染性鼠疫。張渡航二話不說，親自趕去漁船，將身患傳染病的工人和孩子帶回了“和平之舟”治療。

　　漁船救援任務完成后，孫院長希望張渡航留在和平方舟繼續(xù)工作，可張渡航卻想著早日回編隊轉(zhuǎn)業(yè)。張渡航的妻子沈默（張萌 飾）患有腦瘤，前段時間剛剛手術(shù)完，張渡航想多花時間陪在她身邊。一邊是虧欠多年的妻子，一邊是不容推辭的使命，張渡航陷入了兩難的境地。

　　另一邊，海上醫(yī)院軍醫(yī)路陽(張?zhí)鞇?飾)正在給眾醫(yī)護人員上“槍彈穿透傷的處理”的課程，張渡航發(fā)現(xiàn)了她授課內(nèi)容中的錯誤，讓同事告知她。不料直接人惹怒了路陽，二人因醫(yī)學理念不同，展開了激烈的爭吵，張渡航眼見船上的軍醫(yī)這么不靠譜，決定留下，更是與路陽水火不容。

　　陰錯陽差間，兩人竟調(diào)到了一個部門，不得不硬著頭皮處理各種緊急任務：在公海勇斗“優(yōu)雅”號商船販毒分子、赴威利國進行臺風災后救援、開展“萬里海疆行”為西沙海戰(zhàn)老兵和海島居民提供醫(yī)療服務、赴非洲抗擊傳染病等。在海軍蛟龍突擊隊隊員的支援下，他們一次又一次地完成了從病毒、從死神、從恐怖勢力手中搶救生命的任務。

　　多次出生入死后，張渡航和路陽兩人越來越默契，發(fā)展成了好友，“和平方舟”返航后，兩人也同病相憐，遭遇了生活上的打擊。張渡航的妻子腦癌復發(fā)，正在遭受一點點失去記憶的摧殘；路陽的男友顧宇峰（尹昉 飾）遠赴維納卡加亞國投身“一帶一路”工程建設(shè)，倆人聚少離多，面臨分手。

　　就在兩人陷入家庭情感的糾葛中時，“和平方舟”的新任務又來了，不得不拋下妻子和男友，遠赴海外執(zhí)行任務。當他們再次返航時，張默已經(jīng)病發(fā)去世，而顧宇峰也徹底和路陽結(jié)束了。張渡航陷入妻子離世的陰影中，是路陽一直陪在他身邊，替他撫平傷痛，朝夕相處間，兩顆心越走越近，最后走到了一起。