魏国与北方蛮族柔然连年交战，老单于心存退意，但是其子冒顿（胡军 饰）生性暴戾，意图吞并中原。为御外敌，魏国征召壮丁入伍，为国效忠。考虑到父亲花弧年迈病重，其女花木兰（赵薇 饰）毅然决定女扮男装、替父从军。在军中，木兰因有昔日玩伴小虎（房祖名 饰）做掩护，尚未露出破绽。一次偶然的机会，副营长文泰（陈坤 饰）发现了木兰的秘密，但见她为人正直功夫了得，所以替她隐瞒身份。后来，文泰与木兰并肩作战，屡破柔然大军，立下战功，均获封将军。不过，文泰发现木兰在战场上感情用事极为冲动，遂借故诈死，逼其独当一面。此时，屡战屡败的柔...