张学良将军以张学良波澜壮阔的一生为主线，展现这位爱国将领在民族危亡之际的抉择，也描绘了他与蒋介石之间延续数十年的恩怨纠葛，以及一段荡气回肠的世纪爱情。剧情贯穿皇姑屯事件、中原大战、长城抗战、西安事变和金陵囚禁等重大历史事件，层层推进，扣人心弦。
随着日本侵华野心不断膨胀，东北局势日益危急。奉系军阀张作霖在沈阳附近的皇姑屯站遭日本关东军谋害。此后，奉军与南京政府实行统一合作，张学良被国民政府任命为东北边防军司令长官，东北军由此诞生。日本关东军制造柳条湖事件，并以此为借口炮击东北军北大营。东北军奉命不抵抗，沈阳一夜失守。张学良召集北平名流商讨东北局势，最终决定依赖国联、听命中央，同时向南京国民政府发电，报告日军长驱直入、锦州危在旦夕的局面。
章太炎来到北平，劝说张学良武装抗日。张学良随即上书蒋介石，请求出兵抗战，却遭到蒋介石严厉斥责。无奈之下，他与杨虎城秘密商议，决定采取兵谏。西安数千名学生举行游行，前往临潼请愿，蒋介石下令格杀勿论。张学良亲自赶到东郊十里铺劝阻学生，并承诺一星期内用事实给他们答复。
蒋介石随后召开军事会议，决定发布第六次围剿红军的命令。张学良、杨虎城不愿继续与红军作战，决心先行打乱蒋介石的计划。当晚，张学良前往华清池苦苦劝谏，却未能改变蒋介石的决定。蒋介石还准备将东北军调往福建。为救国救民、挽救民族危局，张学良与杨虎城最终发动兵谏，迫使蒋介石停止内战、联共抗日。蒋介石被迫答应这些条件，但张学良护送他返回南京后，蒋介石便下令成立军事法庭审判张学良，并将他囚禁于金陵。
