中国海军航空兵位于永旺岛的机场设施顺利完成建设并正式投入使用。海军高级指挥官乘坐专用飞机抵达现场，出席该机场的落成仪式。在此期间，A国派出两架型号为“神风-16”的战斗机接近相关空域，实施挑衅与干扰行动。隶属于海军航空兵的飞行员吴超(王强 饰)（由王强 饰演）与向大洋(宋运城 饰)（由宋运城 饰演）接受作战指令紧急升空，为首长专机执行护航任务。在与“神风-16”进行空中对抗的过程中，鉴于对方战机性能优于我方现有装备，吴超在交锋中被对手压制，不得不选择在新建成机场实施迫降。A国战机借机跟随吴超的飞行轨迹低空通场，姿态颇为张扬。此种带有明显挑衅与侵犯性质的举动，引发了吴超所属第101团全体指挥员与战斗员的强烈不满与愤慨。然而，A国飞行员事后却声称此举仅为检验中国飞行员的应急反应能力，并表示实际表现超出其预期。吴超个人则将此次经历视作一种屈辱，并立誓必将洗刷这一耻辱。自那时起，他全身心投入军事技术的研究与提升，性格逐渐趋于专注乃至执拗。
刚从军医大学完成学业的实习航空医师谢冰冰(何苗 饰)（由何苗 饰演）被分配至第101团。这位年轻且容貌出众的女军医的到来，在团内年轻飞行员群体中引起了广泛关注与遐想。怀有显著“女兵情结”的飞行员朱百桐（由孙洪涛 饰演）与向大洋打赌，宣称要成功追求谢冰冰。但谢冰冰本人却对吴超产生了好感。与此同时，女领航参谋凌梅的男友身为潜艇副长，因其对潜艇事业与海洋的极度执着，无法与凌梅长期相守，凌梅最终决绝地终止了这段关系。
A国派出“猫眼儿”电子侦察机抵近我国沿海区域实施侦察活动。吴超在向大洋的紧密协同下，成功拍摄了质量较高的影像资料，并因此获得上级表彰。师长何仪年（由金鑫饰演）向第101团透露，上级机关正筹划一项以外国大型舰艇编队为主要模拟对抗目标的“天剑计划”，决定进一步推进第101团的现代化建设进程，旨在锻造一柄高悬于祖国海疆之上的利剑，时刻准备应对来犯之敌。恰逢此时，气象台引进了一批新型气象观测设备，从地方院校毕业的女工程师白云（由宋笠娜饰演）也随之来到第101团工作。何仪年随后正式宣布，部队将进行新型号“霹雳－1”飞机的换装训练。吴超与向大洋在例行体检中被查出心电图存在异常，暂时无法参与此次改装训练，吴超对此感到十分焦虑。此后，二人前往北京进行身体复查，结果均符合标准，顺利通过审核。在此期间，上级通知海军水面舰艇学院将面向优秀飞行员招收舰长班学员。吴超与向大洋均提交了报名申请。但吴超随后主动撤回了申请，他内心更希望继续留在飞行部队，通过完成新机种的改装训练，在曾经受挫的海空领域一雪前耻。向大洋则以出色的成绩考入了水面舰艇学院。
A国海军舰艇编队进入我国新型潜艇训练海域进行侦察活动。吴超在执行任务过程中，发现了外国飞机投掷的声纳浮标。此次，我方飞机与A国飞机在海上空域的对抗交锋，最终形成了势均力敌的局面。吴超因表现突出被晋升为飞行大队长，朱百桐担任副大队长，朱百桐对此任命内心有所不服。向大洋完成舰艇学院学业归来，被分配至护卫舰担任实习舰长，并在此后逐步成长为一名合格的舰长。由于所在军舰停泊的码头与机场距离很近，他时常前往机场与昔日战友聚会，并与吴超一同就军舰与飞机之间的攻防战术问题进行深入探讨，共同摸索总结出一套行之有效的协同作战方法。
一年后，飞行团奉命前往永旺岛执行战斗值班任务。鉴于吴超在任务中的卓越表现，他被提升为飞行团长。这一晋升使得朱百桐心理失衡，感到个人前途黯淡，遂以装病方式申请停飞，最终选择转业至民用航空领域工作。他与凌梅之间的恋爱关系也因此出现危机。由于气象条件持续不佳，部队的正常训练计划受到严重影响。吴超急于提升部队整体战斗力，主张利用天气短暂好转的间隙组织训练。然而，在此次训练中，他所驾驶的飞机突发故障，无法安全降落，吴超成功跳伞，但飞机损毁。此时已升任舰队航空兵副司令员的何仪年前来第101团处理此次飞行事故，并对吴超进行了鼓励，希望其振作精神。
上级组织实弹导弹射击考核，吴超等人未能命中预定目标。上级随后派出工作组协助团队总结实弹射击的经验与教训。在此过程中，吴超与上级机关的一名处长发生了言语冲突，机关人员认为吴超存在骄傲自满情绪。为使吴超能够冷静反思，何仪年建议暂停其职务进行反省。在停职期间，吴超依然潜心于军事技术研究，提出了多项有价值的训练改进方法。何仪年安排了一次在模拟卫星支持条件下的军事演习，代理团长在考核中表现不佳，而吴超取得了第一名的成绩。吴超因此得以恢复原职，并带领部队参加大规模海空联合演习。
A国舰艇编队再次前来侦察我方演习情况。吴超向上级提出建议，在演习期间对A国编队采取驱离行动，该方案获得了上级批准。在吴超的指挥下，我方飞行员在与A国飞行员的空中较量中取得优势，吴超最终实现了战胜对手的长期愿望。A国编队识趣地远离我方演习海域，向外海方向驶离。吴超与谢冰冰两人之间的关系历经诸多波折与分合，最终走到了一起。不久之后，谢冰冰接到上级命令，再次外出执行任务。