时光流转，数月光阴悄然而逝。田美娜的腹部日渐隆起，分娩之期逐步临近。姚姗梅即将启程返回上海，一直与沙驼(侯勇 饰)分开居住的美娜，期望沙驼能够搬来同住，以便彼此有个照应。当年一同前来插队的知识青年陆续踏上归途，即便是许琴(李琳 饰)与王强夫妇，亦寻得了挂靠的单位关系，不久之后便要离开。美娜由于同家庭断绝了往来，在上海已无接纳之处，内心不免萦绕着几分感伤与怅惘。
某个夜晚，美娜骤然感到腹中传来阵阵绞痛，似乎出现了早产的征兆。姚姗梅急忙动身去寻找沙驼。沙驼连夜从辽阔草原的蒙古包中，将自己的母亲接来。这位母亲通晓医理，察看情形后便知已来不及送往医院。她连忙吩咐姚姗梅备好热水，决定就在这间宿舍内为美娜接生。沙驼在宿舍门外焦灼地守候着消息，屋内传出的痛苦呻吟，令他的心绪纷乱不安。
一名男婴平安降生，然而腹中尚有一名女婴迟迟未能娩出。好不容易煎熬至天色破晓，女婴终于呱呱坠地。沙驼冲进宿舍，目睹美娜虚弱地躺在床榻之上，只感到一阵心痛。但当他看到这一对龙凤胎时，心中又不禁涌起无限的喜悦。他打算为两个孩子分别取名为小驼与小娜。
幸福的时光往往短暂。美娜在产后突发大出血，生命垂危。弥留之际，美娜想起了自己的姆妈（上海方言中对母亲的称呼）。在那个动荡不安的年代，她曾与出身资本家的家庭划清界限，甚至书写大字报批判自己的父亲，这在她心中成为了一个永恒的伤痛。美娜叮嘱沙驼，务必将来将孩子送回上海与亲人相认，但绝对不能让陆远山相认。直至生命终结，美娜都未曾原谅那个无情无义的陆远山。
祸事常常接踵而至。许琴夫妇因多年未有子嗣，便萌生了不正当的念头。在他们返回上海之际，偷偷将小驼抱走。沙驼得知后如同疯了一般，决意要带着小娜前往上海寻找小驼。众人费尽唇舌多方劝解，才使他决定独自一人前往上海寻人。
然而，尚未等沙驼踏上通往火车站的长途汽车，一个噩耗便已传来：许琴夫妇在前往呼和浩特火车站的半途中遭遇车祸，夫妻二人连同孩子均不幸罹难。这个消息犹如晴天霹雳，几乎击垮了这位蒙古汉子。
美娜逝世二十二年后，小娜已然长大成人，其容貌出落得与母亲几乎毫无二致。在草原上成长的孩子，也养成了率真而开朗的性情。高云(小李琳 饰)与小娜格外投缘，两人时常在广袤的草原上策马驰骋。沙驼经过多年的辛勤奋斗，经营起一家规模可观的农场，使得家人过着富足安稳的生活。但他始终惦念着美娜临终前的遗愿，即要将小娜带回上海认亲。
小娜对于认亲之事颇为抵触，不愿在那座自己毫不了解的繁华都市上海生活。在这一点上，沙驼的态度异常坚决，毫不退让，因为这是他对美娜作出的承诺。小娜见无法与父亲沟通，索性选择了离家出走，打算前往呼和浩特开创自己的事业。这一次，沙驼并未强行阻拦，而是在车站为小娜点播了一首歌曲。一首悠扬的蒙古族歌曲，令小娜回想起从小到大父亲对自己无微不至的关爱。在情感的真挚攻势下，向来吃软不吃硬的小娜，最终应允与沙驼一同返回上海。
离开了熟悉的大草原，父女二人首次踏入了大都市上海。然而，似乎预示着此次认亲之旅不会一帆风顺，他们尚未离开机场，沙驼的钱包便遭人窃取。更为不巧的是，父女二人还错认了小偷，小娜在混乱中误打了一位前来接机的人士。趁那人忙于接听电话之际，两人迅速离开了现场，消失得无影无踪。
那位被误打的人名叫冯松，他来到机场正是为了迎接远山集团的董事长陆远山。陆远山此时已经归国，创立了远山集团，其总部便设于外滩的远山大厦。这些年来，他始终没有田美娜的任何消息，一丝愧疚之情时常萦绕心头。为了弥补自己昔日的过错，他特意对田家多方照拂。陆远山有意将大厦内一间咖啡厅的经营权，交给美娜的兄长田昊鹏及其妻子贾秀芳，但只向他们声称自己是美娜的故友。
从机场匆忙离开后，沙驼与小娜首先寻到了姚姗梅的住所。姚姗梅打开房门，见到小娜的瞬间亦是一怔，仿佛看到了年轻时的美娜。待她瞧见沙驼，方才回过神来，连忙将两人请进屋内。姚姗梅的丈夫已去世多年，家中的小洋房只有她与儿子居住，因此她执意挽留沙驼父女在此住下。
这座充满历史痕迹的都市，对沙驼与小娜而言全然陌生。高楼林立，车水马龙，与辽阔宁静的草原形成了鲜明对比。小娜虽已应允前来，但内心对于即将面对的、素未谋面的所谓亲人，仍怀有深深的疏离与不安。沙驼则默默承担着所有的压力，他不仅要完成对亡妻的承诺，更要在这陌生的环境中保护并引导女儿。姚姗梅成为了他们与过往、与上海这座城市最初的联系纽带。她讲述着这些年的变迁，也小心翼翼地提及一些故人的近况，试图为这对父女勾勒出他们即将踏入的、复杂而微妙的关系网络。沙驼大多时候沉默地听着，目光时而投向窗外繁华的街景，时而又落在女儿与小娜母亲如此相像的侧脸上，心中百感交集。他知道，真正的挑战，或许才刚刚开始。而小娜，则在聆听与观察中，开始一点点拼凑关于母亲、关于这个家族、关于这座城市她所未知的片段，尽管抗拒仍在，但一种模糊的好奇与命运的牵引感，已悄然滋生。