北魏時期，有個小女孩叫花木蘭（徐嬌飾），與父親花弧相依為命。木蘭從小受父親影響偷練武功，私學陣法，武藝高強。

木蘭（趙薇飾）十八歲時，游牧民族柔然犯境，軍情緊急，魏國全民徵兵。木蘭不忍年邁的父親再上戰場，便灌醉父親，違抗軍令，悄悄地替父從軍。初入軍營，木蘭精湛的武藝引起了副營長文泰（陳坤飾）的注意。但身份的危機卻一步步逼近木蘭。文泰和木蘭並肩作戰，勝戰連連，晉升為將。然而，木蘭的內心卻無時無刻不在逃避戰爭。相處中，兩人漸生情愫。冒頓（胡軍飾）圍困魏軍，眼看著到了山窮水盡的地步，文泰為了自己的愛人，為了顧全大局，主動向冒頓坦白了自己的身世之謎。

木蘭遣散了士兵，追隨文泰的腳印，歷盡千辛萬苦，她終於見到了自己的愛人。木蘭和文泰回到朝廷，備受嘉獎。本以為有情人終成眷屬，沒想到皇帝為了停止這場戰爭，決心讓文泰和柔然公主和親 。