抗日战争时期，一支八路军队伍来到沂蒙山区的堡垒村马牧池，并带来了国际友人捐赠的奶牛。常年困守深山的村民从未见过这种黑白相间、产奶量又高的牲畜，对它既惊讶又好奇。日军船尻部队很快逼近，八路军不得不紧急撤离，临走前将奶牛托付给村民照料。贫穷而胆怯的村民生怕这头牛惹来祸端，便以抓红豆的方式决定饲养人。小寡妇九儿（闫妮 饰）替破落户牛二（黄渤 饰）抓阄，结果牛二成了这个倒霉又无奈的“幸运儿”。
日军残酷的扫荡过后，村民全部遇害，只剩牛二和奶牛活了下来。还没来得及喘息，另一支日军部队又途经此地，并把伤员留了下来。为了守住这头受托照料的奶牛，牛二开始在日军、土匪和江湖郎中等形形色色的人之间艰难周旋，而那头脾气倔强的奶牛，也不断给他带来新的麻烦。
