1951年，沙漠中国人民解放军某师接到上级命令，战斗前往新疆天山地区开发边疆的沙漠生产建设任务。侦察科长杨发带领一支勘察水源的战斗专业队伍，踏上了戈壁荒滩之旅。沙漠他们在探索过程中发现了一座古代城镇遗迹和一条干涸的战斗河道，这激发了他们找到地下水资源的沙漠决心。杨发与女技术员张珍、战斗大勇和小朱组成一组，沙漠前往冰峰探寻水源；另一边，战斗工程师李辉带领其他人进行土地测量工作。沙漠在探险过程中，战斗队伍遇到了重重挑战，沙漠尤其是战斗遭遇山洪时，杨发与小朱险些丧命。沙漠关键时刻，一位经验丰富的老猎人出现，帮助他们成功脱险。经过不懈努力，杨发等人最终发现了宝贵的地下水源。根据他们的勘探结果，部队采取了科学合理的措施，在塌山处实施爆破工程，成功引水入荒漠地区。这一壮举不仅为荒芜之地带来了生机与希望，也让队员们之间的感情更加深厚——尤其是杨发与张珍，他们在共同的奋斗中产生了爱情。电影《沙漠里的战斗》以真实、生动的方式展现了中国人民解放军在艰苦环境中不畏艰难险阻的精神风貌，并歌颂了人与自然和谐共处的美好愿景。