《血战长空》故事爆发在抗日战争初期。面对日军的全面入侵，国民党空军涌现出一批以高云天（邵兵饰）、刘长岭（沙溢饰）为首的充满斗志的飞行员，他们靠果敢和智慧，驾驶战鹰与日寇在空中搏杀。刘长岭爱上了中共地下党员情报处的马昕蓝（李依晓饰）上尉。面对日寇惨绝人寰的南京大搏斗，刘长岭在空中用生命悍卫祖国疆土，也用行动表露看他对马昕蓝的爱。在一次战斗中，刘长岭跳伞被八路军营救，看到此消息的马昕蓝以民族大义为重，强压内心情感，他们以不同的方式抗击着共同的仇敌。在以后的空战中，高云天失去了一条腿和一只眼，刘长岭则壮烈殉国，抱着心爱人的遗物，马昕蓝哽咽了......