明治维新时期，日本武器装备远是中国之上。对于只能自制土枪土炮的八路军来说，抗击敌军是件困难的事。
日军为了试验武器效果，用村民做白鼠试验，应德和柳秀曾是一对幸福的恋人，在一次武器试验中，柳秀不幸踩上地雷，与应德阴阳两隔。应德逃出来后加入八路军。
得知日军用活人实验，八路军二师长罗长浩领军怒攻敌军。由于武器悬殊，八路军伤亡惨重，师长只得下令撤退。应德炸毁敌军过路桥梁，却被手榴弹气流震晕。
师长对抗击失败感到自责，为重整战术，命沈鹏找回应德。醒来的应德回到村里，发现只有村长幸存下来。二人决定趁日军再次来村里寻找实验品时，杀了谷野章。村长用自己引出谷野，应德爬上屋顶伺机而动。关键时刻，子弹卡在枪膛，情急之下，应德想冲出去救村长，却被及时赶到的沈鹏按住。
沈鹏劝说应德归队。应德一心报仇救人，但碍于枪的射程有限，应德趁沈鹏睡熟时拆了他的枪，凭借对枪支的敏感度，重新造了一支枪。
应德和沈鹏去试验场找谷野报仇，没中要害，反而暴露了自己。敌军的武器专家池田对应德组装的枪支饶有兴趣，取出枪里的撞针，要应德演示如何使用。应德故意把枪口对准谷野，用锤子代替撞针击出子弹，一使力，子弹便穿过谷野的眉心。
日军大乱，应德和沈鹏趁机脱身，慌乱之下误入雷区，应德不幸踩上地雷……
为救应德，沈鹏牺牲自己，和赶来的敌军同归于尽。
得知侄子的死讯，老谷野十分震怒，决心报仇。应德归队后，向师长道明原委，并向师长演示自制的枪支，被阻。师长决定把自制的枪埋在山坡上，以此悼念沈鹏。
兵工厂厂长任如坚向师长请求把应德调入兵工厂。应德不满调派，向厂长请求调回部队上前线，被任如坚否决。训练时，应德夸口自己能修枪更能造枪，队长罗克绳要应德用零件组合出一支枪来，应德很快就把枪组合起来，没想到队长丢给应德一枚子弹要求他朝自己脑门开枪，无奈下，应德扣动了扳机，可子弹却没有被射出去。原来队长早已藏起弹钩。愿赌服输的应德只好老老实实地先学拆枪。
罗克绳告诉所长说，应德是个可用之才，为了激发他的潜力，决定给他更多的磨练。经过一段时间的熟悉，应德的装枪技术已经熟能生巧，和队长的比试中，两人几乎同时完成，队长却给欣喜的应德另一个难题——铣刺刀。
满肚怨言的应德一上午只铣了一把刺刀，而胡子铣了十几把，这又成为了罗克绳从中挑刺的理由。一气之下，应德决定去前线，希望通过实践来帮助自己造出心中完美的刺刀。实践中也了解到战士们对修械所的不满和对精炼装备的渴求。
日军的池田为神枪手黑藤造了一把枪，随后，三团的神枪手柳宝在运送物资的途中遇到黑藤率领的小分队的拦截，交战中，因为武器的悬殊，柳宝被黑藤打伤。
师长安排二团下属的游击队队长姚芳完成秘密任务，途中，偶遇敌军运送武器的小分队，姚芳和队员顺子歼灭了敌人，缴获了一箱手榴弹。
应德正在与战士们交流时，忽然有人来报：枪又炸膛了。应德查看后发现膛线生了锈，并让战士们查看所有枪的膛线。回到修械所后，受盛饭勺启发，应德终于造出来理想的刺刀，得到团长和战士们的认可和对兵工厂态度的改观。
日军发现八路军成立兵工厂，立即成立一支别动队消灭兵工厂。师长命令大家转移。城门口有日军把守，需要良民证通关，可四人只有三张良民证，权衡之下，应德把机会让给别人，自己另谋出路。
应德在城口徘徊，这时遇到奸商刘启德向他贩卖良民证，可应德身无分文。为了挣钱应德来到一个大户人家当短工，在这里遇到姚芳，并帮她铲除汉奸同时获得了几块大洋，应德拿钱找到刘启德，却遇上池田，应德妙计消除池田对自己的疑心，成功买到良民证和枪支。
出城时有逃荒难民要与应德搭伴走，夜里，大家围坐在一起，有人说八路军在附近杀人，应德不信孤身前去查看，结果发现毛团并看到地上的子弹是日军用的三八大盖专用子弹。原来路上有日本狙击手，拿活人当靶子，应德发现狙击手的行踪前去查看，再次巧遇执行任务路过的姚芳并把她带回帐篷，应德想出一个调虎离山之计能让大家撤退，大家撤退后应德躲在草丛中伺机开枪杀了日本狙击手，没想到他躲过应德的子弹并反过来举枪对向应德。
