1937年7月7日，卢沟桥的炮声宣告了日本帝国主义蓄谋已久的侵华战争全面开始。中共中央召开洛川会议，同意毛泽东提出的独立自主的山地游击战的战略方针。根据国共两党达成的协议，红军改编为国民革命军第八路军，下辖115师、120师和129师，分批开赴山西抗日前线。
陕西，石桥镇，王近山带人找到陈赓，他们不理解红军为何改编为国民革命军，师长刘伯承的话让他彻底明白了。129师在师长刘伯承、政委张浩的率领下召开誓师大会。陕西，延安，中共军委主席毛泽东正在考虑129师的立足问题，蒋介石承认了抗日统一民族战线的存在。
日军召开军事会议，三路兵马分别从铁路沿线对太原发起进攻，八路军115师、120师率先配合第二战区统一行动并取得一定的胜利，随着战事的发展，129师渡过黄河后进入山西作战。毛泽军将八路军的三个师的兵力部署在日军的侧翼和后方，周恩来和朱德商量下一步行动方案。
国民革命军第二战区总司令阎锡山接到朱德电话，阎锡山将八路军的三个师安排到雁门关和平型关一线，归卫立煌指挥。阎锡山一心想守住山西，八路军和中央军的进入让他并不担心，阎锡山根本不想给八路军补充物资，他向中央哭穷，晋绥军中团以上的军官和家属都分得一粒毒药，阎锡山决心誓死守卫山西，他那样做是为了表示抗日的决心。
129师先遣队进人山西后，受到当地百姓的热烈欢迎，为了赶赴第二战区参加太原保卫战，战士们顾不上休息。刘伯承亲自找阎锡山要武器装备，他谎称弹药已经发完，阎锡山连一张地图也不愿意给八路军。刘伯承安排陈锡联部单独行动，伺机作战并及时向师部汇报战况。阎锡山召开第二战区军事会议，达成了以忻口为中心的防御战略。日军土肥原贤二了解阎锡山的做法，日军计划在娘子关和八路军作战。
刘邓和他的战友们第2集剧情介绍在战区会上，刘伯承提出忻口防御方案，阎锡山不以为然，拖了很长时间才将防御方案送到卫立煌手中，使前线卫立煌率领的部队损失惨重。卫立煌接到郝梦龄电话，郝梦龄率部奋勇抗日。1937年10月11日，忻口战役打响，日军指挥官第五师团长板垣征四郎集中日军全部精锐，以飞机、大炮、坦克等精良武器装备，组成“立体战争”的密集火力网，疯狂向忻口阵地猛攻。郝梦龄亲临第一线指挥作战，在敌人飞机、大炮轰炸时，他指挥部队躲入掩蔽部，待炮火一停，马上出击，用步兵武器狠狠打击日军。
1937年10月12日，南怀化主阵地被日军攻破，敌我双方步炮兵主力在忻口两北、南怀化东北的 204高地上，展开了激烈的拉锯战，一昼夜易手13次。1937年10月16日凌晨，担任反攻指挥任务的郝梦龄和五十四师师长刘家骐将军亲自到前线督战，反攻大军分数路扑向日军阵地，连克敌人几个山头。到了早晨5点，天已微明，郝梦龄恐怕天明后我军阵地受敌炮火威胁，不能巩固，不如乘胜追击，迅速歼灭残敌，于是挥兵奋进，敌军混乱，以机枪、手榴弹掩护后退。郝、刘二将军已快到散兵线之前，距离敌人只有200米，在通过一段隘路时，郝梦龄被敌人的机枪子弹打中，而后壮烈牺牲。
129师769团团长陈锡联率部行进途中发现日军飞机，隐蔽后继续行军，行至村庄后发现空无一人，在地窖中找到粮食后平均分配，走时留下买粮食的钱，老百姓回村后看到八路军留下的钱和纸条。陈锡联带人侦察，他们在阳明堡发现了敌人一个隐蔽的飞机场，里面停放着24架飞机，老乡的情报给他们提供了线索。
刘邓和他的战友们剧照
陈锡联根据情况部署作战计划，769团物资匮乏，营长赵崇德奉命在两小时内解决战斗，老乡们送来的粮食解决了部队的燃眉之急。769团在老乡的带路下夜袭阳明堡机场，突如其来的进攻让日军猝不及防，日军机场被炸，24架飞机全部被毁，赵崇德壮烈牺牲，129师首战大捷。
129师装备匮乏，民众纷纷组织捐款，迫于压力，蒋介石不得不对129师进行奖励。日军头目板垣征四郎气急，决定先攻娘子关，再包抄忻口。为了弥补正面战场的空隙，刘伯承命陈赓的771团抢占石门口。771团奉命赶往石门口，一队日军发现了他们的行踪。
刘邓和他的战友们第3集剧情介绍771团抢先赶到石门口，多次击退日军冲锋。当晚，日军第40旅团的一个大队外加300多骑兵对771团形成了包围之势，偷袭了正在休整的771团。
陈赓迅速调整心态，并积极寻找战机，他找到了一个叫七亘村的地方，认为此地非常适合打伏击战。陈赓不负众望，七亘村伏击战歼火日军轴重队300多人，缴获大量骡马和军用物资。
刘伯承布下险棋，决定再次在七亘村重叠设伏，以机动灵活的战略战术，沉重地打击了日本侵略者，切断了日军由井陉至平定的交通供给，牵制了敌人。阎锡山召开战区会议，表面上商讨保卫太原，实则已经做好撤离太原的准备。
刘邓和他的战友们第4集剧情介绍板垣师团在飞机、大炮和坦克的配合下，向太原的东城和北城发起了猛攻。下午，北城被炸开了一个缺口，两个营兵力的日军冲进城里，太原失守。
毛泽东指示，太原一失，标志着华北正规战基本结束，游击战争阶段开始，八路军将成为全山西游击战争之主体。
进人这个阶段，如果国民党中央军和晋绥军的70万大军一退再退，八路军在华北战场的压力就会越来越大，坚持敌后抗战、建立抗日根据地是非常重要的一步。129师必须依托太行山，马上到晋东南创建抗日根据地。
129师政委张浩病重，中央发电让张浩回延安治病，任命邓小平接替张浩。
