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残留孤儿陆一心，在文化大革命期间被指控为日本特务间谍送往劳改所。他回忆起战败时的满洲（旧中国东北）。逃亡中，7岁的松本胜男（陆一心）失去了祖父和母亲，也与妹妹失散。一番颠沛流离之后，他被小学教师陆德志收养并作为儿子抚养长大。另一方面，他的生父松本耕次复员后回到日本，在钢铁厂工作，一直等待着家人的消息，后来再婚的妻子也去世了。

陆一心成长为一名优秀的青年。然而，1966年文化大革命开始后，他被诬陷为日本间谍，背上了莫须有的罪名。随后，他被送往劳动改造所，从事大坝建设等艰苦的劳动。在这样的生活中，他的慰藉来自于与好友袁力本以及大学时代的恋人丹青的回忆。1970年（昭和45年）8月，在日本的生父松本耕次参加了家乡长野的满洲开拓团的慰灵祭，并听说了中国残留日本人的寻亲故事。

几年后，陆一心被送往更偏远的内蒙古牧羊。在草原上，他结识了从日本归国的华侨黄书海，并向他学习日语。陆一心因破伤风病倒，再次见面的巡回医疗队护士江月梅彻夜照顾他。这期间，江月梅了解到陆一心想将自己的境况告诉养父母，于是帮他写信给陆德志。得知养子的冤情后，陆德志前往北京，准备为儿子讨回公道。

陆一心在沙尘暴中与江月梅重逢，但他却违心地拒绝了月梅的爱。与此同时，养父陆德志一直在为陆一心的平反奔波操劳。关键时刻，在军中服役的好友袁力本挺身而出。在他的努力下，1972年5月，陆一心突然被释放。同年9月，中日联合声明发布后，回到钢铁公司的陆一心成为图书管理员，并在两年后的春天与月梅结婚。

1977年，中国金属学会考察团访日，委托东洋制铁协助建设新型钢铁厂。陆一心成为中日联合钢铁厂建设团队的一员，而日本的东洋制铁则派出了他的生父松本耕次作为驻中国负责人。他们各自肩负着国家和公司的使命，共同参与了这项事业。就这样，来北京寻找日本残留孤儿亲人的养父陆德志，与并不知道亲生父子关系的松本耕次和陆一心，在万里长城不期而遇。

松本耕次一直在寻找在满洲（旧中国东北）失踪的妻子和孩子的下落。1978年（昭和53年），耕次返回日本时得知，他在中国失散的孩子胜男（陆一心）和敦子还活着。另一方面，陆一心被派往日本出差，初次来访箱根，听到了木曽节并看到了富士山。参加日本残留孤儿搜寻活动的耕次，遇到了一位记得胜男和敦子的农妇，但依然没能打听到他们的下落。

在钢铁厂建设项目开始步入正轨的同时，江月梅在随医疗队来到河北农村，接诊的病人中，有一位日本遗孤张玉花。月梅告诉陆一心，玉花可能是他的妹妹，目前生命危在旦夕，最好尽快去见她。陆一心赶到玉花身边，发现她果然就是敦子，兄妹时隔35年终于重逢。在月梅的帮助下，敦子被送进了医院。一心去探望时，应敦子的请求教她日语，但敦子的病情却突然恶化。

松本耕次找到了女儿敦子的下落。然而，当他抵达村庄时，一心已经在为敦子料理后事。两人在悲伤与惊讶中相认，这是父子的重逢，确是父女的永别。耕次拜访了一心的养父陆德志。年迈的养父母担心会被要求“归还一心”，十分痛苦。另一方面，从陆一心第一次访日本以来，有关他的告密接连不断。

陆一心无法原谅松本耕次，为日本方负责人是自己的亲生父亲这一事实而苦恼。在钢铁厂建设工程接近尾声时，陆一心再次来到日本检查配电设备。他违反了禁止擅自单独外出的规定，前往耕次的家。父亲独居在一间小宿舍里，显得很孤独。看到母亲的照片和妹妹们的牌位，一心才对已逝去的“家庭”有所体会。然而，在外出期间，他的机密文件被盗了。

陆一心因在日本丢失机密文件而被追究责任，调往内蒙古自治区。松本耕次为了洗清儿子的冤屈，向公司提出辞去上海事务所所长的职务，但未能如愿。拯救一心的是他过去的恋人丹青。她得知自己的丈夫陷害了一心，决定不顾离婚的后果，揭露真相。

冤屈得以洗清的陆一心回到了钢铁厂建设项目，努力工作。生父松本耕次也终于松了一口气。1985年11月，钢铁厂的高炉点火成功，父子相拥而泣。项目结束后，松本耕次和陆一心踏上了长江之旅。在船上，耕次向一心提议：“能不能回日本来？”陆一心则表示：“我是大地之子”，表明了他留在中国的决心。