《霹雳彩虹》讲述了少校王飞在代表我军参加国际侦察兵竞赛时意外受伤，与冠军荣誉失之交臂。正当他准备重新投入训练，军区林副参谋长将一项新任务交给他：担任我军第一支女子侦察兵分队的队长。
经过激烈选拔，来自海、陆、空三军的刘月、林亚男、罗曼等8名女兵通过体能和外语考核，正式成为女子侦察兵。她们不仅要接受艰苦的体能训练，还要掌握高科技新型武器，备战首次设立的女子侦察兵国际竞赛。分队成立仪式上，王飞的讲话赢得了女兵们的好感。罗曼提议大家给队长写情书，王飞却以增加训练量作为回应，令女兵们逐渐产生抵触情绪。执行任务时，她们故意与王飞作对，双方矛盾不断升级。王飞突击检查《军人誓词》背诵情况，要求不合格者退回原连队，刘月则认为“法不责众”，提议大家干脆都不背。此时暴雨突袭，山洪随时可能爆发，女兵们主动投入抗洪抢险，在共同奋战中与王飞消除隔阂。雨后，她们迎着朝阳齐声背诵《军人誓词》，也让王飞对这支队伍有了新的认识。
林亚男曾与战友刘月的哥哥刘星相恋。刘月出身基层连队，父亲承包的煤窑发生塌方事故，不仅要面对法律制裁，还要赔偿死伤矿工，贫困的家庭令一向争强好胜的她深感自卑。刘星从事工艺美术设计制作，父亲被收审后，他变得日益自私功利，无法接受亚男提出分手。刘月得知哥哥与亚男分开，便认定亚男势力而冷漠，开始在战友中孤立她。刘星的朋友骆米对刘月一见钟情，但刘月并不喜欢他。刘月生日时，她与亚男的关系本有望缓和，却因骆米意外“介入”再次产生误会。
与此同时，因休假未能参加选拔的耿歌前来报到，她的考核成绩将决定暂列末位的林亚男能否留在分队。王飞决定暂时保留9名女兵，并规定她们将在后续考核中接受淘汰。按照林副参谋长的安排，女兵们被分成两组，分别由林亚男和刘月担任组长，通过各项训练比赛争夺代表军区参赛的资格。
百米障碍赛中，刘月因求胜心切失误落败；在操舟登陆比赛开始前，她又陷入感情困扰。女子侦察兵分队副队长任远毕业于军校，他对刘月带有上下级关系的关心，使
