1941年，抗联战士庞天德所在的部队遭到日本关东军的疯狂围剿，危急之下转入苏联境内与苏军联系。女教官娜塔莎负责对庞天德等人进行特工谍报训练，她十分欣赏庞天德，在他受伤时娜塔莎细心地照料，两人萌生了深厚的爱情。
娜塔莎与庞天德接到命令乔扮夫妻到前往海东市与地下党接头。庞天德与娜塔莎精密策划放火烧了日本人的码头，成功刺杀了叛逃的苏军上校罗斯托夫，并为苏军的正确判断提供了准确的情报，但任务结束了，娜塔莎不得不只身返回苏联。
即将回国的日本商人依田英松跪求庞善祖收留重病在身的女儿纪子，纪子对庞天德心生情意，父亲庞善祖也希望儿子与纪子完婚，可庞天德心里只有娜塔莎，两人依靠着通信表达相思与爱意。
新中国成立后百业待兴，庞天德成为海东机车制造厂的一名工人，娜塔莎作为苏联专家到中国提供技术援助，两人终于。正当他们准备结婚登记之时，娜塔莎接到撤离中国的命令。之后娜塔莎写信告诉庞天德，她已经在绥芬河边境的小镇住下，因为那里是离庞天德最近的地方。
庞天德从没忘记与娜塔莎的约定，多年后，他终于调转来到绥芬河边，见到了魂牵梦萦的娜塔莎。然而好景不长，庞天德由于户口不在哈尔滨必须返回海东市，加上两国关系紧张，他与娜塔莎的联系从此断了线。
八十年代改革开放后，庞天德做起了边境贸易，目的是寻找娜塔莎。两年后他偶然来到曾住过的小木屋，身材已稍胖的娜塔莎从屋里走出来，庞天德不敢相信自己的眼睛，与娜塔莎紧紧抱在了一起……
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