Tháng 12 năm 1972, Hoa Kỳ thực hiện Chiến dịch Linebacker II - một kế hoạch dùng máy bay Boeing B-52 Stratofortress ném bom Việt Nam Dân chủ Cộng hòa. Nhà báo Ngân Hà và bác sĩ Thủy Tiên là đôi bạn thân, họ kết bạn với một nữ phóng viên người nước ngoài tên Lily, người đến Hà Nội để viết báo về cuộc chiến Việt Nam. Bên phía quân Mỹ, họ bắt đầu tuyển chọn những phi công giỏi nhất để điều khiển B-52. Quân đội nhân dân Việt Nam đã được Liên Xô viện trợ tên lửa S-75 Dvina để chống lại máy bay Mỹ. Người dân thủ đô được kêu gọi di tản đến nơi khác để an toàn hơn, tuy nhiên một số người đã chọn ở lại. Đêm đầu tiên máy bay Mỹ đi oanh tạc, quân đội Việt Nam đã bắn rơi hai chiếc B-52, vài đêm sau bắn rơi thêm vài chiếc nữa, gây ra cú sốc cho quân Mỹ. Những phi công Mỹ sống sót nhảy dù xuống mặt đất đều bị người dân bắt giữ và giao cho quân đội.

Một đơn vị pháo cao xạ được cử đến khu vực cầu Long Biên để bảo vệ nơi này khỏi những chiếc máy bay tiêm kích Mỹ. Nguyễn Thắng là chỉ huy đơn vị pháo cao xạ và cũng là người đem lòng yêu Thủy Tiên. Nguyễn Thắng đã cầu hôn Thủy Tiên khi cả hai đi dạo bên bờ sông Hồng. Tuy nhiên chiến tranh khốc liệt đã sớm cướp đi hạnh phúc của cặp đôi này, bệnh viện Bạch Mai bất ngờ bị ném bom khiến Thủy Tiên thiệt mạng. Cô giáo Hiền đi đường xa tìm chồng là Tiểu đoàn trưởng tên lửa Đặng Nhân. Đêm đó hai vợ chồng được ngủ bên nhau, họ chia sẻ về dự định có con trong thời gian tới. Trong trại giam, những tù binh phi công Mỹ được đưa ra thẩm vấn, họ đã khai ra cách điều khiển máy bay B-52 và mục tiêu ném bom của họ.

Trong một vụ ném bom khác, Ngân Hà bị mắc kẹt dưới tầng hầm của ngôi nhà, đống đổ nát đã chặn lối ra, nước tràn vào làm ngập tầng hầm, cô gào thét kêu cứu trong tuyệt vọng nhưng bên ngoài không ai nghe thấy. Đến sáng, xác của Ngân Hà mới được phát hiện, cô đã chết trong làn nước giá lạnh. Trong một trận chiến trên không, anh chàng phi công Trần Đại đã liều lĩnh đâm máy bay Mikoyan-Gurevich MiG-21 của mình vào một máy bay B-52 (đây là chi tiết dựa trên sự kiện có thật của phi công Vũ Xuân Thiều). Năm 1973, Hiệp định Paris được ký, tù binh phi công Mỹ được trả về nước. Đặng Nhân không may đã hi sinh trong trận chiến trước đó, anh bỏ lại người vợ trẻ và không thể thực hiện kế hoạch cùng cô sinh con. Chiến tranh đã đi qua nhưng nó để lại nhiều đau thương và mất mát. Trong suốt cuộc chiến tranh Việt Nam, lực lượng phòng thủ Hà Nội đã bắn hạ tổng cộng 15 chiếc B-52, gây chấn động với Hoa Kỳ cũng như toàn thế giới.