《最后的子弹》讲述了1950年川西战场上的一段兄弟恩怨与生死抉择。此时，除川西之外，中国大陆大部分地区已经解放。蒋介石命令胡宗南固守川西，等待国际局势变化，川西第一天险天蒙山也因此成为国共两军争夺的关键阵地。
解放军某部文化教员马一武参军五年，却因为哥哥马一文是国民党军官，始终未能入党。部队向西昌进军途中，文化工作队被国民党军队俘虏，临刑之际，一名国民党军官因马一武的缘故将他们全部释放，这件事使队员们开始怀疑马一武的真实身份。
与此同时，解放军攻打盘踞在天蒙山的国民党183师时遭遇挫折。军部派梅大水师长率部增援，梅大水得知183师师长马一文正是自己过去做过长工的马家长子，而马家的二儿子马一武就在文化工作队中。马一文曾放过马一武，梅大水由此判断他仍然顾念兄弟之情，便决定让马一武利用亲情劝哥哥投降。
然而，马一武对哥哥怀有难以化解的仇恨。大学时期，他与宋逸琴相恋，后来宋逸琴却被马一文强行夺走，最终成为马一文的妻子。尽管内心抗拒，马一武还是写下了劝降信。马一文回信称自己迫于形势，已经派人同解放军谈判，准备投降。孙团长遂带着马一武和一个排前往受降，却发现这竟是一场诈降，前去受降的解放军全部被俘，并被押上天蒙山，充当阻挡解放军进攻的盾牌。马一武主动要求随他们一同上山，因此更加受到内奸嫌疑。
上山后，马一武再次见到了朝思暮想的宋逸琴，但此时她已经成了自己的嫂子，并与马一文有了儿子马小文。马一文愿意放弟弟下山，可马一武清楚，哥哥的诈降因自己而起，若独自离开便无法向组织解释，也不能抛下被俘的战友。兄弟二人在深夜爆发冲突，马一武因夺妻之恨几乎要对马一文动手，马一文拔枪指向弟弟，宋逸琴及时挡在两
