《红梅花儿开》讲述了1956年，年轻的沈岩被公派留苏，学习飞机设计，并赢得苏联姑娘瓦丽娅的爱情。沈岩毕业后，回到祖国，瓦丽娅也作为苏联专家来到中国，帮助进行社会主义建设，两人在中秋节举行婚礼，并在一年后生下儿子小航。
中苏关系破裂，沈岩和瓦丽娅也被迫分离，彼此苦苦思念，六年后，沈岩打听到瓦丽娅的下落，她已和别人建立家庭，沈岩受到巨大打击。郝一梅是沈岩的留苏同学，一直非常喜欢他，顶着流言蜚语，默默照顾他，保护小航，沈岩被郝一梅打动，接受了她的爱情。
八十年代，中苏关系终于解冻，沈岩的科研也取得了巨大成绩，苏联航空协会发来邀请函，请他携夫人出席颁奖大会。临行前沈岩才知道，瓦丽娅没有结婚，还在等他。沈岩和郝一梅异常震惊。瓦丽娅没想到等待一生是这样的结果，非常痛苦，对沈岩避而不见，郝一梅找她恳谈，向她讲述这些年的经历与情感。
瓦丽娅被深深打动，颁奖大会上，沈岩发表获奖感言，他深情地说，三十年前，我作为一个普通留学生来到苏联求学，不仅在学业上得到收获，还得到苏联人民的真挚友谊……我还要感谢两位伟大的女性，她们陪我度过了难忘的岁月，是我一生中最重要的支持。
在场的每个人都被深深感动，在热烈的掌声中，沈岩拿起讲台上的花束走下来，和瓦丽娅、郝一梅紧紧拥抱在一起。
