70年代初的一个冬季，中国人民解放军一支汽车部队配属总参测绘大队，在雷指导员和石技术员的带领下，进入青藏高原的可可西里无人区进行军事测量。藏民仁丹才旺把自己唯一的女儿小朵玛让母亲带着，来给这支部队担任向导。在向可可西里无人区进发的途中，遭遇大雪封山，在牺牲了十多名测绘新兵之后，仁丹才旺用自虐的办法向佛爷祈祷，保佑这支解放军部队，差点被冻死过去。汽车杜班长和助手王勇刚、李石柱发现后，将他救活过来。他们在经历了十多天的挣扎后终于到达可可西里无人区的边缘，可可西里向他们展示了独特的自然景观——巨大的冰馒头。仁丹才旺认为可可西里是佛爷的圣地，这里的一切都是佛爷的。石技术员向他们解释了冰馒头形成的原理。
在即将进行可可西里无人区，朵玛一人在冰天雪地等侯父亲的到来，她告诉仁丹才旺，奶奶去世了。雷指导员决定把朵玛先送回温泉兵站，等来年春天冰雪化冻了送她到玉树州府结古镇读书，汽车连的指战员决定资助朵玛读书，掏出了衣兜里的钱和粮票。李石柱还脱下身上的毛衣给朵玛穿上。
部队进入可可西里无人区，每天完成测绘任务之后，在下午时间里杜班长就教王勇刚和仁丹才旺摔跤，经过一段时间的训练，仁丹才旺可以战胜王勇刚了。
由于这支部队是第一批进入可可西里的人类，可可西里的野生动物对他们非常友善，他们和黄羊“喀秋莎”、野公牦牛“雪牛”结下了深厚的友谊，尤其是李石柱，把它们看成自己最要好的朋友。给它们吹口琴、唱歌。冬季冰雪覆盖草地，大批野生动物饿死，他们把自己仅有的一份蔬菜都喂了“喀秋莎”，又克服高原缺氧的困难，用铁锹刨去冰雪，露出草地让野生动物吃，他们居住的帐房附近，满了各种野生动物，陪伴他们渡过了远离人类的孤寂。但王勇刚对这些不屑一顾。
他们在一次执行任务中，又看到了鹰隼和恶狼搏斗的奇观，仁丹才旺将吃掉鹰隼的狼击毙。在一只黄羊难逃恶狼的威胁之下，仁丹才旺开枪打死了恶狼，救了黄羊。夜间引来了群狼的袭击。雷指导员让仁丹才旺指挥部队将群狼消灭得一只不剩。
运送给养的直升飞机不能按时送来给养，雷指导员不得不同意王勇刚猎杀野生动物的要求。王勇刚第一个打死的野生动物就是快要当母亲的“喀秋莎”，李石柱狠揍了王勇刚一顿，和杜班长、石技术员把“喀秋莎”的皮毛埋葬了。
从此，野生动物远离了他们。王勇刚在一次打猎中，又将“雪牛”打伤，
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