秋之白华讲述了独立新女性杨之华（董洁 饰）追求新思想、离开家乡前往上海大学攻读社会学的经历。在上海，她结识了蔡和森及其妻子向警予，也认识了当时担任上海大学社会学系主任、声望卓著的瞿秋白（窦骁 饰）。从瞿秋白的课堂上，杨之华感受到他深切的忧国情怀，并在相处过程中逐渐被其人格魅力与学识所吸引。
杨之华在家乡的丈夫沈剑龙多次赴上海探望，但两人之间日益加深的分歧，让他们意识到彼此的感情已经渐行渐远。不久，瞿秋白的妻子因病去世，杨之华也在向警予的引导下加入了中国共产党。父亲来到上海探望时，她向家人提出离婚的打算。然而，面对日益严峻的革命形势，杨之华始终没有机会向瞿秋白表明心意。后来，瞿秋白迫于局势辞去职务，陪同杨之华回到家乡，与沈剑龙见面。
