我冀中抗日根据地定县(今河北省保定市定州市)李向阳奉上级指示要炸毁敌军藏匿的军火，他越封锁沟，烧炮楼，一出现就给鬼子来了个下马威。由于叛徒告密，小分队几乎全军覆没。在李向阳个人魅力感召下，兵油子老侯，神偷郭小北，憨傻的崔福贵开始与李向阳并肩作战。他们潜入松井派重兵设伏的矿洞，将计就计，干掉叛徒，炸掉了军火库。
化学武器专家柳川，来到河北定州县城，准备对化学武器进行最后活人测试。却被李向阳设伏，被土匪老二疤子抢走运毒车。土匪老三中毒身亡，神偷郭小北也因中毒生命垂危，崔福贵由于身材魁梧被鬼子抓去准备做活人试验，竟被他巧妙躲过，老侯和老二疤子被俘，危在旦夕。李向阳急中生智，带领武工队员打通试验场的地道，成功救出老侯、崔福贵和老二疤子，烧毁了鬼子的生化武器。
游击专家德康，秘密训练了一支假武工队，骗取了自称李向阳媳妇的侠女杨大脚的信任，险些使李向阳全军覆没。老二疤子叛变，认出了在松井家当家庭教师的特派员穆兰，穆兰被抓受尽了折磨。假武工队挨村收缴农民的粮食，企图从根本上摧毁李向阳的生存根基。李向阳将计就计，以自己为诱饵，骗取鬼子大量粮食，即救济了灾民，又利用松井消灭了德康和他的假武工队，打死了叛徒老二疤子,穆兰重新获得了松井的信任。
电视剧双枪李向阳剧照
反扫荡进入最后阶段，山区主力部队开始反攻;松井奉命死守河北定州县城，他集自己毕生智慧，设计了 张嘉译饰演李向阳
严密的县城防御图，城防图成为决定攻破县城战役的成败。特高课女特工川子绑架了松井的侄子，来到武工队，并获得了老侯的爱慕。同时制定了连松井也不知道的焦土计划。杨大脚化妆秘密进入县城，盗取了假的城防图，负伤被俘。李向阳送回松井的侄子，以假化学武器要挟，换回了以生命垂危的杨大脚，她含笑死在李向阳怀中。较量开始了，丁大头为了吸引鬼子主力，壮烈牺牲。老侯假传密令，让渡边炸死了自己的主力。穆兰为掩护李向阳被他的学生开枪打死，松井终于死在李向阳的枪下。川子死在老侯的枪下，不为人知的焦土计划的导火索，竟被小郭的一泡尿浇灭。总攻开始了，李向阳配合主力部队最终占领了定州县城。
