公元700年的盛唐时期，大唐同中亚及西域各国在经济、文化上有许多交流，西域的丝绸之路是相互来往的要道，为捍卫其完整，唐朝军队不断与突厥发生军事冲突。
戍边校尉李（姜文 饰）因不愿屠杀突厥的老人、妇女和孩子而触犯军令，成为通缉犯。为缉捕他，皇帝封屡请回国的日本遣唐使来栖（中井贵一 饰）为捕快，并许诺只要能将校尉李捉拿归案，便可满足其回国心愿。其时战事正酣，来到西域的来栖又受托护送将军之女文珠（赵薇 饰）回长安。中途他遇见校尉李，一场大战，两人不分轩轾，相约长安城下再决生死。不久，他们碰上护送经书的朝廷商队及觊觎驼队的响马子安（王学圻 饰），生死大战蓄势待发……

魏国与北方蛮族柔然连年交战，老单于心存退意，但是其子冒顿（胡军 饰）生性暴戾，意图吞并中原。为御外敌，魏国征召壮丁入伍，为国效忠。考虑到父亲花弧年迈病重，其女花木兰（赵薇 饰）毅然决定女扮男装、替父从军。在军中，木兰因有昔日玩伴小虎（房祖名 饰）做掩护，尚未露出破绽。一次偶然的机会，副营长文泰（陈坤 饰）发现了木兰的秘密，但见她为人正直功夫了得，所以替她隐瞒身份。后来，文泰与木兰并肩作战，屡破柔然大军，立下战功，均获封将军。不过，文泰发现木兰在战场上感情用事极为冲动，遂借故诈死，逼其独当一面。此时，屡战屡败的柔然部落已萌生退意，但冒顿一意孤行，不但剿杀异己，甚至手刃其父，自立为单于，发誓要扫平中原。门独面对的最大对手就是木兰领衔的魏国守军，一场惊心动魄的生死大战由此展开……
本片有俄罗斯歌手维塔斯、韩国歌手李玖哲加盟，片尾曲分由孙燕姿与张靓颖演唱。