《铁血军魂》讲述了上世纪初一段跨越时代与战火的传奇经历。清朝贵族青年瑞年为逃避婚姻远赴日本求学，并进入日本陆军学校。在那里，他结识了中国同学范从武和日本学生竹田宫恒智，三人在德国教官穆尔的指导下刻苦学习，最终以优异成绩毕业。与此同时，瑞年的好友子规进入清华学堂继续求学。
1937年，日本全面侵华。瑞年与范从武投身军旅，分别担任国军营长，辗转参加太原会战。太原会战失利后，瑞年率领残部撤往蒙古草原，并在那里结识了诺彦王子。此时，曾经的同窗竹田也率领日军部队进攻蒙古，昔日同窗最终在战场上兵戎相见。
在与八路军接触的过程中，瑞年逐渐对共产党产生好感。战斗中，他率部积极配合八路军，并被八路军将士的抗战精神深深感动，最终带领部队加入八路军。与此同时，瑞年还与好友子规的妹妹子鹃、赵芊骏之间产生了复杂的情感纠葛。
战争结束后，瑞年与竹田在受降仪式上再次相逢。竹田将那把菊花军刀交给瑞年，两位昔日同窗也在战火后的重逢中，为这段跨越国仇与个人情谊的故事画下句点。
