二十世纪六十年代，在“黑云压城城欲摧”的国际形势下，毛主席一声号令：好人好马上三线。军人后代张利军（
杨烁饰）、农民的儿子马朝阳、“资本家千金”陆若文（
苏青饰）和留苏归来的向晴（
练练饰）等这些充满斗志和激情的年轻人，来到了大西南的崇山峻岭，用生命和青春实践自己的理想同时，又演绎着牵肠挂肚的爱情角逐。 一口京腔的大工匠刘连柱因为爱徒梁玉强喜欢上陆若文，竟要断了师徒关系。直到梁玉强在发射基地因排除故障而牺牲，刘连柱都不肯原谅。但谁也不敢相信，害了他爱徒陆若文居然能请他再次出山，为远程火箭试飞成功一显身手。一生梦想当将军的张利军不幸英年早逝，临终，司令员才发现这个一身毛病的小子却有很多不为人知的贡献。马朝阳出席了全国科技大会，火箭伺服系统的研发成果获得最高奖项，在张利军的坟头，闪光的奖章证明了他生命的意义和价值。
《那些年，我们正年轻》着重表现了几位怀有人生信仰的大学生为响应中央号召、实现自身理想而积极投身科研，为祖国的国防事业与航天梦想无怨无悔地付出热血青春。但值得圈点的是，剧作并没有以呆板的说教或“流水账”式的记录来图解主题，而是用一个“情”字来贯穿始终，让爱情、亲情、友情和民族情感深融互映，从“小我”中洞观“大我”，以“小人物”折射“大时代”。（《光明日报》评）
《那些年，我们正年轻》展现出了一部主旋律题材电视剧的生命力。一群为航天事业付出智慧和青春的“大三线”人，一个科学报国的壮阔理想，一段鲜活细腻的航天人“成长史”，它没有“曲高和寡”，而是把这个“中国故事”讲得温存又动人。（《四川日报》评）