成功在美国立足的青年林一（林更新饰）收到了初恋女友周小栀（周冬雨饰）寄来的结婚请帖，百感交集的林一准备回国参加，坐飞机的途中他回忆起了自己和周小栀长达十几年的故事。少年林一第一次看到同桌周小栀（张子枫饰）时就喜欢上了这个文静的小姑娘，但是直到高中毕业两人也没有跟进一步的发展。大学时两人考到了同一所学校，遇到了假冒留学生Tom（隋凯饰）、文艺青年王尔德（王啸坤饰）、胖子学霸龚兵（龚格尔饰）、沉默男李潇（李岷城饰）、胆小姑娘赵晓溪（赵思园饰）和美女曹阳（曹阳饰）等一众好友，随即开始了他们的热血青春……本片取材于高晓松创作的风靡一时的校园歌曲《同桌的你》，高晓松出任了本片的监制。

本故事发生在在1945年初，一架运输飞机装载着最新密码机和密钥本运往日本。我国北方某省团城，我军独立三团团长刘建功（王新饰）正带领三团，在团城外围狐牙岭一带，与据守团城的八重带日军生死搏斗着。装载着密码机和密钥本的日军运输机在经过虎牙岭上空时，正好赶上狐牙岭土匪头子雷子枫（吴奇隆饰）母亲大寿，雷子枫为给母亲听个响，在实验着的大炮竟歪打正着击中了运输机。正好落在了正在虎牙岭守猎的石敢当（谢孟伟饰）和爷爷面前，石敢当意外得到密码箱。这时，取的战斗胜利的刘建功也奉命赶到飞虎岭和特派员上官于飞（甘婷婷饰）寻找密码箱和密钥本，并很快发现了密码本。这时日军也赶到了......