《我的学霸男友》讲述了平凡少女杜小灵的校园故事。她一直暗恋隔壁班阳光帅气的校草许阳，却始终没有合适的机会向他表白。与此同时，全校闻名的高冷学霸叶寒深受女生追捧，但杜小灵偏偏对这个坐在自己身后的男生产生了莫名的偏见。课堂上，老师对叶寒的特别优待，更让身为学渣的杜小灵心里不服。为了让叶寒难堪，她故意不断捉弄他，两人之间的摩擦也随之增多。然而，无论杜小灵如何恶作剧，叶寒始终选择包容。叶寒对杜小灵的特别关照，引起了暗恋他的校花韩雪伊的嫉妒。为了替韩雪伊出气，她的闺蜜赵冬梅多次为难杜小灵，却每次都被叶寒及时出手相救。在一次次相处与被保护的过程中，杜小灵对叶寒的感情悄然发生了奇妙的变化。
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