《军医》讲述了林五哥（邓超）与郭三妹（李小冉）这对青梅竹马恋人的人生分岔。三妹追求进步，投身革命；五哥则一心想成为救死扶伤的医生，两人因此走上了不同的道路。势利的郭父一心攀附权贵，打算把三妹嫁给大军阀做姨太太，并拒绝了五哥的提亲。雨夜之中，三妹逃婚参加革命，郭父为了保全家声，对外谎称她已经上吊身亡。
军阀听闻三妹“死讯”后，转而强抢二妹。危急时刻，五哥挺身而出，称二妹是自己的未婚妻，并为了保护郭家和二妹，最终迎娶了她。婚后，二妹温柔善良、体贴贤惠，始终默默支持和照料五哥；五哥也尽心尽力承担起家庭责任。然而，三妹的身影始终萦绕在他的心头。
参加新四军后，三妹回到家乡筹集药品，得知五哥已经和姐姐结婚并有了孩子，只能将未了的感情深埋心底。三妹的突然归来打破了五哥原本平静的生活，他竭尽全力支持三妹的革命工作，以此寄托那份始终未曾消散的爱意。故事结尾，二妹为营救五哥被日军绑架，生死未卜；三妹则倒在日军的枪口下。悲痛之中，五哥终于拿起武器，奔赴抗日战场，为家人，也为民族而战。
