又累又饿的王二小走了三天三夜，沿着公路，昏昏沉沉地走进了八路军伏击鬼子的埋伏圈。
八路军吴连长担心会误伤二小，放弃了这次伏击行动。但一个掉队的鬼子却抓住了二小，吴连长策马追上鬼子，救出了二小。
二小被带到根据地，和边区的女干部柳老师住在一起。柳老师是大学生，她教村里的儿童团员们学习文化。她对二小既像妈妈又像姐姐，让二小感受到了温暖。
王二小一心想着要报仇，儿童团长铁柱却瞧不起二小。二小为了让大家瞧瞧自己的本事，从村里偷了两个地雷，要去炸鬼子，却在雨夜中迷了路。
吴连长冒着大雨找回了二小，他很欣赏二小的勇敢。柳老师却生气了，她认为孩子是国家的未来，不能做无畏的牺牲。
鬼子向山里扫荡，二小因为淋雨而生病了。柳老师背着二小，和乡亲们一起转移到长城脚下。
迷迷糊糊的二小躺在柳老师怀里，听柳老师流着眼泪讲要孩子们好好活下去的道理。他恍惚看到了自己的娘，也明白了柳老师一片苦心。
二小跟着柳老师和吴连长，学了许多知识。他懂得了，鬼子欠下的不仅是他一家，而是整个中华民族的血债。他还懂得了，等打走了鬼子，自己长大了，还要建设我们的国家。
鬼子的大扫荡又开始了。吴连长带着队伍去山那边，说要设个包围圈等鬼子来钻。
柳老师带着二小和孩子们又转移到了长城边上。太阳高高地照着，柳老师要教孩子们识字。一转身，她看见悄悄逼近的鬼子钢盔在阳光下闪闪发亮，柳老师一把将孩子拉到自己身后，枪声响了，柳老师倒下了。
鬼子来了。
二小看到鬼子向乡亲们转移的方向走，心里着急，他不能让鬼子追上了乡亲们。二小急中生智，唱着放牛歌从山坡上走了出来，他要把鬼子引到另一条道上去。
鬼子果然抓住二小，要二小为他们带路。
二小领着鬼子走到了八路军埋伏的山沟，大叫着要吴连长快开枪。此时才知道中计的鬼子气急败坏，把刺刀扎进了二小的身体，将二小挑了起来。
二小像一片树叶飘落下来，满山的树叶都一起纷纷飘落下来。每一片树叶都像被二小的鲜血染红，满山遍野都是红叶。
乡亲们得救了，八路军发起了进攻，把鬼子全部消灭在山沟里。