田文军（黄渤 饰）和鲁晓娟（郝蕾 饰）曾是一对恩爱的夫妻，然而，两人之间的感情却被时间和争吵消耗殆尽，最终，他们选择了离婚。如今，联系着两人的唯一枢纽，就是可爱的儿子田鹏。然而，某一天，这唯一的纽带也断裂了，田鹏于一次外出玩耍时无故失踪，绝望和崩溃之中，田文军与鲁晓娟踏 上了漫漫寻子之路，并在途中结识了许多和他们一样无助的父亲和母亲们。
时光匆匆流逝，一条关于田鹏的线索浮出水面，促使田文军和妻子来到了一处偏僻的村落之中，在那里，他们看到了酷似田鹏的男孩，然而，男孩口中的“妈妈”却并非鲁晓娟，而是一位名叫李红琴（赵薇 饰）的村妇，这错位的一切究竟是怎么回事？

1942年，抗日战争与第二次世界大战正处于白热化阶段。燎原之火，生灵涂炭，天灾人祸，哀鸿遍野。当军事家和政治家的目光聚焦在一城一郭的征伐劫掠之时，几乎鲜少有人注意到古老的中原河南正爆发一场惨绝人寰的大旱灾。影片的主角老东家（张国立 饰），狡猾、市侩，典型的封建地主，可即便如此也无法对抗这史无前例的灾难，他被迫逃荒，亲眼见证着儿子、儿媳、老伴等亲人的种种死状。他的遭遇是三百万灾民的缩影，面对这群人的苦难，无论是高高在上的蒋委员长（陈道明 饰），还是深入民间报道灾难真相的美国记者白修德（阿德里安•布劳迪 Adrien Brody 饰），以及海内外的每一个人，如何能从这眼前的人间炼狱之景侧目。绝望无止的逃生坎途，中华民族多舛命运的苦难一斑……
本片根据刘震云的小说《温故一九四二》改编。

1976年7月27日夜，唐山地区爆发7.8级强烈地震，房屋倒塌，灾民无数。面对即将坍塌的危楼，丈夫方大强（张国强 饰）和妻子李元妮（徐帆 饰）都要去救被困的龙凤胎儿女方登（张子枫 饰）、方达（张家骏 饰）。危急时刻，方大强拦住了妻子，冲进去营救时不幸罹难。李元妮在震后发现，一双儿女被困在一块水泥板两端，若要营救，必然牺牲一方。情急之下，她做出了艰难选择——救弟弟。此事成为方登心中难以磨灭的隐痛。后来，她被军人王德清（陈道明 饰）夫妇收养。高考后，方登（张静初 饰）进入杭州医学院学习，并与研究生师兄杨志（陆毅 饰）产生了感情……方达被救却断了胳膊，李元妮以无私的母爱抚养他成人。成年后的方达（李晨 饰）去杭州闯荡，娶了媳妇小河（王子文 饰），并干出了一番事业。32年后，这家人的命运却因为5·12汶川地震再次发生了交叠……