《大牧歌》讲述了上海姑娘许静芝为追随爱情，历经波折来到新疆，却在找到心上人林凡清时，发现他已经站在了订婚礼上。为了表明心意，许静芝决定终身不嫁，并收养了一个草原上的孩子，取名许牧。她万万没有想到，这个孩子竟是林凡清与妻子红柳失散多年的儿子石头。
与此同时，农村姑娘杨月亮来到兵团，与齐怀正结为夫妻。齐怀正在一次战斗中失去了性功能，因难以启齿，令杨月亮与他以及自己的心上人郑君之间，陷入了漫长而复杂的情感纠葛。为了共同的事业，林凡清、齐怀正和郑君三人始终并肩奋斗。种羊试验站在社会动荡和改革开放的进程中几度面临解散，为守护良种羊的纯正血统，红柳最终献出了宝贵的生命。
面对多年痴心不改的许静芝，林凡清始终不敢接受这份感情，唯恐玷污她纯洁的爱。随着时间流逝，下一代孩子们逐渐长大，他们在上一代人的经历与情感影响下，收获了各自的事业和爱情。历经种种磨难后，许静芝与林凡清最终有情人终成眷属。
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