《牧童投军》的故事发生在解放战争时期。给地主胡四放牛的李小虎（杨森昌 饰）偶然在山上救下了两名我军侦察员。胡四（梁山 饰）得知此事后，原想把消息告诉敌参谋长（程之 饰）邀功，却先将小虎狠狠打骂一顿。小虎愤然离开胡家，投奔了解放军。由于部队连续行军作战，连长（高正 饰）暂时把他寄养在保长周士贵（高笑鸥 饰）家中。
一天，周士贵设宴招待宾客，小虎在一旁忙里忙外，端菜时却意外发现宾客中竟有胡四。胡四见到小虎又惊又喜，当即将他押往敌参谋长处。敌人对小虎施以酷刑，逼问我军行踪，但小虎始终咬紧牙关，坚决不肯吐露半点线索。胡家的丫头阿春（谷瑞玲 饰）同样出身贫苦，她冒险帮助小虎逃出了虎口。后来，在解放杨庄的战斗中，我军活捉了敌参谋长，并通过“引蛇出洞”之计将胡四生擒。
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