北魏，有个小女孩叫花木兰(徐娇饰演小花木兰)，与父亲花弧相依为命。从小受父亲影响偷练武功，私学阵法，武艺高强。
木兰(赵薇饰演)十八岁时，游牧民族柔然犯境，军情紧急，魏国全民征兵。木兰不忍年迈的父亲再上战场，便灌醉父亲，违抗军令，悄悄地替父从军。
初入军营，木兰精湛的武艺引起了副营长文泰(陈坤饰演)的注意。但身份的危机却一步步逼近木兰……
文泰和木兰并肩作战，胜战连连，晋升为将。然而，木兰的内心却无时无刻不在逃避战争。相处中，两人渐生情愫。冒顿(胡军饰演)围困魏军，眼看着到了山穷水尽的地步，文泰为了自己的爱人，为了顾全大局，主动向冒顿坦白了自己的身世之谜……
木兰追遣散了士兵，追随文泰的脚印，历尽千辛万苦，她终于见到了自己的爱人。木兰和文泰回到朝廷，备受嘉奖。本以为有情人终成眷属，没想到皇帝为了停止这场战争，决心让文泰和柔然公主和亲……
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