Vào thời Đế quốc Trung Hoa, Hoa Mộc Lan là một cô gái năng động, nghịch ngợm và rất thích phiêu lưu. Đến tuổi cập kê, Mộc Lan cùng mẹ và em gái đến gặp bà mối và phải chứng tỏ năng lực của bản thân trong vai trò người vợ tương lai. Giữa lúc đang trình diễn kỹ năng rót trà, vì một con nhện làm cô em gái Hoa Tú hoảng sợ, Mộc Lan đã vô tình làm vỡ bộ ấm chén khiến bà mối tức giận, gọi cô là nỗi ô nhục của nhà họ Hoa.

Ở phía bắc, được nữ phù thủy Tiên Lương hỗ trợ, một nhóm chiến binh Nhu Nhiên do Bố Lợi Hãn lãnh đạo đã công hạ thành công một tiền đồn của đế quốc. Rồi Tiên Lương dùng ma thuật giả danh một người lính sống sót và báo lại cho Hoàng đế Trung Hoa về cuộc xâm lược của quân Nhu Nhiên. Hoàng đế lập tức ban chiếu tổng động viên, yêu cầu mỗi gia đình trên khắp đế quốc đều phải cung cấp một nam nhân nhập ngũ, chiến đấu với quân đội của Bố Lợi Hãn.

Cấm quân đến ngôi làng mà Mộc Lan đang sinh sống để tuyển quân. Không có con trai, ông Châu đích thân ra nhận giấy chiêu binh rồi lập tức ngã quỵ xuống đất vì cái chân trái bị thương – di chứng của cuộc chiến trước. Nhận thấy cha mình khó có cơ hội sống sót nếu phải ra trận, Mộc Lan quyết định thay ông nhập ngũ, mang theo gươm, áo giáp và ngựa rồi bỏ nhà ra đi. Trại huấn luyện mà Mộc Lan gia nhập là do tướng quân Đồng Dũng – đồng đội năm xưa của ông Châu – điều hành. Cùng với hàng chục tân binh non nớt khác, nhờ sự bảo ban của Đồng Dũng, Mộc Lan dần trở thành một người lính thiện chiến mà không để lộ thân phận thật của mình.  

Do quân đội của Bố Lợi Hãn tiến công liên tục, Đồng Dũng buộc phải kết thúc khóa huấn luyện sớm để đưa tiểu đoàn ra tiền tuyến. Mộc Lan tự mình đuổi theo một cánh quân của Bố Lợi Hãn rồi đối mặt với Tiên Lương. Sau khi buông lời chế giễu việc Mộc Lan cải nam trang, Tiên Lương tung đòn kết liễu nhưng may thay, phi tiêu lại cắm vào miếng da mà Mộc Lan thường buộc quanh ngực. Đoạn Mộc Lan trút bỏ lớp giả trang, quay lại chiến trường. Nhận thấy quân Nhu Nhiên bắt đầu tấn công đồng đội của mình bằng một chiếc máy bắn đá, Mộc Lan bèn dùng vài chiếc mũ giáp cùng kỹ năng bắn cung điêu luyện, hướng chiếc máy bắn đá khai hỏa về phía ngọn núi tuyết, tạo ra một trận lở tuyết chôn vùi toàn quân Nhu Nhiên.

Giữa khung cảnh tuyết lở mịt mù, Mộc Lan cứu được Trần Hồng Huy – một người lính mà cô đã kết thân trong thời gian qua. Về đến doanh trại, mọi người mới vỡ lẽ Mộc Lan là nữ, do đó Đồng Dũng tuyên bố trục xuất Mộc Lan ra khỏi quân đội. Trên đường về nhà, Mộc Lan tái ngộ Tiên Lương. Tiên Lương tiết lộ với Mộc Lan rằng bản thân cũng bị thiên hạ xa lánh và chọn chiến đấu cho Bố Lợi Hãn vì hắn là người duy nhất đối xử với bà một cách bình đẳng. Tiên Lương còn cho biết việc Bố Lợi Hãn tấn công các tiền đồn chỉ nhằm để đánh lạc hướng, mục đích thật sự của hắn là bắt sống và kết liễu Hoàng đế, trả thù cho cha. Bất chấp nguy cơ bị xử tử, Mộc Lan vẫn quyết định quay lại tiểu đoàn của Đồng Dũng để báo động âm mưu của Bố Lợi Hãn. Nhóm chiến hữu của Mộc Lan bênh vực, thuyết phục Đồng Dũng tin lời cô. Đồng Dũng tha chết cho Mộc Lan, cho phép cô dẫn đầu một toán quân tiến vào Hoàng thành hộ giá.

Tiên Nương dùng phép thuật, giả dạng làm thừa tướng, thuyết phục Hoàng đế đồng ý chiến đấu tay đôi với Bố Lợi Hãn, đồng thời rút toàn bộ Cấm quân khỏi các chốt canh phòng. Bố Lợi Hãn cùng một nhóm chiến binh đánh bại tất cả hộ vệ của Hoàng đế, trói và chuẩn bị thiêu sống ông. Các chiến hữu của Mộc Lan thì đang liều mình cầm chân quân Nhu Nhiên để cô nhanh chóng đi cứu giá. Ngay khi giáp mặt, Bố Lợi Hãn bắn liền một mũi tên về phía Mộc Lan. Tiên Lương hi sinh thân mình đỡ tên, cứu mạng Mộc Lan. Mộc Lan giết được Bố Lợi hãn, nhưng để mất thanh kiếm của cha. Hoàng đế trả ơn Mộc Lan bằng lời mời tham gia đội cận vệ nhưng cô từ chối và xin được trở về quê nhà.

Giữa lúc Mộc Lan đang đoàn tụ với gia đình, một sứ giả do Hoàng đế phái tới đi cùng tướng quân Đồng Dũng, trao cho nữ anh hùng một thanh kiếm mới và mời cô gia nhập Cấm quân, trở thành tướng lĩnh.