1956年,年轻的沈岩(保剑锋饰)被公派留苏,学习飞机设计,并赢得苏联姑娘瓦丽娅(法塔霍娃·奥列夏·阿列克桑德罗芙娜 饰)的爱情。沈岩毕业后回国,瓦丽娅也作为苏联专家来到中国,两人结婚,并生下儿子小航。中苏关系破裂,沈岩和瓦丽娅也被迫分离,六年后,沈岩打听到瓦丽娅已和别人建立家庭,受到打击。郝一梅(左小青饰)是沈岩的留苏同学,一直默默照顾他,保护小航,沈岩被郝一梅打动,接受了她的爱情。八十年代中,中苏关系终于解冻,沈岩的科研也取得了巨大成绩,苏联航空协会发来邀请函,请他携夫人郝一梅出席颁奖大会。临行前沈岩才知道,瓦丽娅没有结婚,还在等他。沈岩和郝一梅异常震惊。瓦丽娅没想到等待一生是这样的结果,非常痛苦,对沈岩避而不见,郝一梅找她恳谈,向她讲述这些年的经历与情感。瓦丽娅看了沈岩的日记,被深深打动。颁奖大会上,沈岩发表获奖感言,他说自己三十年前做为一个普通留学生来到苏联求学,不仅在学业上得到收获,还收获到苏联人民的真挚友谊,同时还感谢了两位妻子,感谢她们陪自己渡过无数难忘岁月。在场的每个人都被深深感动,在热烈掌声中,沈岩拿起讲台上的花束走下去,和瓦丽娅、郝一梅紧紧拥抱在一起。