故事发生在1960年，河南省林县干旱少雨，地处崇山峻岭之间，当地村民要翻山越岭去山涧打水，所以流传了“一辈子只洗三次脸”的传说，水儿姑娘挑着一担水艰难走在山间小路上。红旗渠工程股技术员吴祖太和同事刘洪亮在山上实地勘测，他们望着光秃秃的崇山峻岭，心里说不出的感慨。
同事急匆匆来通知吴祖太，红旗渠工程现场出事了，他们赶忙收起设备往回赶，迎面碰上挑水的水儿，水儿主动让他们喝点水，吴祖太嘴唇干裂出血，可他根本顾不上，就急匆匆赶去现场。林县县委书记吴贵通过喇叭向村民们发出倡议，号召大家帮忙修红旗渠，就能彻底改变村里缺水的情况。
眼看就到家门口了，水儿累得精疲力尽，不小心脚下一滑摔倒在地，肩上的两桶水全部打翻在地，水儿很心疼，趴在地上嚎啕大哭，母亲闻讯赶来，用嘴一口口抢地上的水，还不停地埋怨水儿。
吴祖太发现乡亲们挖错了三米，赶忙过来制止他们，因为八千米的水渠只有六米的落差，而且全在半山腰，一旦出现任何失误，水就引不进来，吴祖太也急得一筹莫展。吴贵听说吴祖太的妻子要来这里，就让王村长多准备点水招待她，吴祖太承诺会尽快想办法，吴贵紧紧拉住他的手不放。
刘洪亮忍不住向吴祖太大吐苦水，吴祖太当即决定去现场盯着，如果挖不通水渠他就不下山。吴祖太带着村民们挖山凿石，王村长全力配合他的工作。刘洪亮带来一个噩耗，吴祖太的妻子在半路上遇到车祸不幸去世了，吴祖太伤心欲绝，他一一翻看妻子遗物，睹物思人，他心如刀绞。
吴祖太迷迷糊糊醒来，看到村民们全体出动，正在争分夺秒挖渠，他强忍心中悲痛加入其中，吴祖太没日没夜挖渠，测量，用工作缓解心中的悲痛。吴祖太在半山腰测量完毕，让刘洪亮把他拉上去，刘洪亮因为体力不支脱手，眼看吴祖太就要坠落山崖，刘洪亮把绳绑在自己身体，把吴祖太拉上来。
经过吴祖太等人和村民的不懈努力，终于挖通了水渠，吴祖太因为劳累过度突然昏迷，恍惚间看到妻子站在眼前，吴祖太再次醒来又进入水渠，突然发生坍塌事故，吴祖太被埋进去，献出了年仅27岁的生命。
红旗渠工程历时近十年，完成总干线全长70多公里，共削平1250座山头，架设151座渡槽，开凿211个隧洞，被称为“人工天河”，在红旗渠修建过程中，先后有81位干部和群众献出了生命，吴祖太就是其中之一。
