Старый коммунист Михаил Мостовской, взятый в плен на окраине Сталинграда, привезён в концлагерь в Западной Германии. Он засыпает под молитву итальянского священника Гарди, спорит с толстовцем Иконниковым, видит ненависть к себе меньшевика Чернецова и сильную волю «властителя дум» майора Ершова.

Политработник Крымов послан в Сталинград, в армию Чуйкова. Он должен разобрать спорное дело между командиром и комиссаром стрелкового полка. Прибыв в полк, Крымов узнает, что и командир, и комиссар погибли под бомбёжкой. Вскоре Крымов и сам принимает участие в ночном бою.

Московский учёный-физик Виктор Павлович Штрум с семьёй находится в эвакуации в Казани. Тёща Штрума Александра Владимировна и в горе войны сохранила душевную молодость: она интересуется историей Казани, улицами и музеями, повседневной жизнью людей. Жена Штрума Людмила считает этот интерес своей матери старческим эгоизмом. Людмила не имеет известий с фронта от Толи, сына от первого брака. Ее печалит категоричный, одинокий и тяжёлый характер дочери-старшеклассницы Нади. Сестра Людмилы Женя Шапошникова оказалась в Куйбышеве. Племянник Сережа Шапошников — на фронте. Мать Штрума Анна Семеновна осталась в занятом немцами украинском городке, и Штрум понимает, что у неё, еврейки, мало шансов остаться в живых. Настроение у него тяжёлое, он обвиняет жену в том, что из-за ее сурового характера Анна Семеновна не могла жить с ними в Москве. Единственный человек, смягчающий тяжёлую атмосферу в семье, — подруга Людмилы, застенчивая, добрая и чуткая Марья Ивановна Соколова, жена коллеги и друга Штрума.

Штрум получает прощальное письмо от матери. Анна Семеновна рассказывает, какие унижения ей пришлось пережить в городе, где она прожила двадцать лет, работая врачом-окулистом. Люди, которых она давно знала, поразили ее. Соседка спокойно потребовала освободить комнату и выбросила ее вещи. Старый педагог перестал с ней здороваться. Но зато бывший пациент, которого она считала угрюмым и мрачным человеком, помогает ей, принося продукты к ограде гетто. Через него она и передала прощальное письмо сыну накануне акции уничтожения.

Людмила получает письмо из Саратовского госпиталя, где лежит ее тяжело раненный сын. Она срочно выезжает туда, но, приехав, узнает о смерти Толи. «Все люди виноваты перед матерью, потерявшей на войне сына, и тщетно пробуют оправдаться перед ней на протяжении истории человечества».

Секретарь обкома одной из оккупированных немцами областей Украины Гетманов назначен комиссаром танкового корпуса. Гетманов всю жизнь работал в атмосфере доносов, лести и фальши и теперь переносит эти жизненные принципы во фронтовую обстановку. Командир корпуса генерал Новиков — прямой и честный человек, старающийся предотвратить бессмысленные человеческие жертвы. Гетманов выражает Новикову своё восхищение и одновременно пишет донос о том, что комкор задержал атаку на восемь минут, чтобы сберечь людей.

Новиков любит Женю Шапошникову, приезжает к ней в Куйбышев. Перед войной Женя ушла от своего мужа, политработника Крымова. Ей чужды взгляды Крымова, который одобрял раскулачивание, зная о страшном голоде в деревнях, оправдывал аресты 1937 г. Она отвечает Новикову взаимностью, но предупреждает его, что, если Крымов будет арестован, вернётся к бывшему мужу.

Военный хирург Софья Осиповна Левинтон, арестованная на окраине Сталинграда, попадает в немецкий концлагерь. Евреев везут куда-то в товарных вагонах, и Софья Осиповна с удивлением видит, как всего за несколько дней многие люди проходят путь от человека до «грязной и несчастной, лишённой имени и свободы скотины». Ревекка Бухман, пытаясь скрыться от облавы, задушила свою плачущую дочь.

В дороге Софья Осиповна знакомится с шестилетним Давидом, который перед самой войной приехал из Москвы на каникулы к бабушке. Софья Осиповна становится единственной опорой ранимого, впечатлительного ребёнка. Она испытывает к нему материнское чувство. До последней минуты Софья Осиповна успокаивает мальчика, обнадёживает его. Они вместе гибнут в газовой камере.

Крымов получает приказ отправиться в Сталинград, в окружённый дом «шесть дробь один», где держат оборону люди «управдома» Грекова. До политуправления фронта дошли донесения о том, что Греков отказывается писать отчёты, ведёт антисталинские разговоры с бойцами и под немецкими пулями проявляет независимость от начальства. Крымов должен навести в окружённом доме большевистский порядок и, в случае необходимости, отстранить Грекова от командования.

Незадолго до появления Крымова «управдом» Греков отправил из окружённого дома бойца Сережу Шапошникова и юную радистку Катю Венгрову, зная об их любви и желая спасти от смерти. Прощаясь с Грековым, Сережа «увидел, что смотрят на него прекрасные, человечные, умные и грустные глаза, каких никогда он не видел в жизни».

Но комиссар-большевик Крымов заинтересован только в сборе компромата на «неуправляемого» Грекова. Крымов упивается сознанием своей значительности, старается уличить Грекова в антисоветских настроениях. Даже смертельная опасность, которой ежеминутно подвергаются защитники дома, не охлаждает его пыл. Крымов решает отстранить Грекова и самому принять командование. Но ночью его ранит шальная пуля. Крымов догадывается, что стрелял Греков. Вернувшись в политотдел, он пишет донос на Грекова, но вскоре узнает, что опоздал: все защитники дома «шесть дробь один» погибли. Из-за крымовского доноса Грекову не присваивают посмертное звание Героя Советского Союза.

В немецком концлагере, где сидит Мостовской, создаётся подпольная организация. Но среди заключённых нет единства: бригадный комиссар Осипов не доверяет беспартийному майору Ершову, происходящему из семьи раскулаченных. Он боится, что смелый, прямой и порядочный Ершов приобретёт слишком большое влияние. Заброшенный из Москвы в лагерь товарищ Котиков даёт установку — действовать сталинскими методами. Коммунисты принимают решение избавиться от Ершова и подкладывают его карточку в группу отобранных для Бухенвальда. Несмотря на душевную близость с Ершовым, старый коммунист Мостовской подчиняется этому решению. Неизвестный провокатор выдаёт подпольную организацию, и гестапо уничтожает ее участников.

Институт, в котором работает Штрум, возвращается из эвакуации в Москву. Штрум пишет работу по ядерной физике, которая вызывает общий интерес. Известный академик говорит на учёном совете, что в стенах физического института ещё не рождалась работа такого значения. Работа выдвинута на Сталинскую премию, Штрум находится на волне успеха, это радует и волнует его. Но одновременно Штрум замечает, что из его лаборатории понемногу выживают евреев. Когда он пытается вступиться за своих сотрудников, ему дают понять, что и его собственное положение не слишком надёжно в связи с «пятым пунктом» и многочисленными родственниками за границей.

Иногда Штрум встречается с Марьей Ивановной Соколовой и вскоре понимает, что любит ее и любим ею. Но Марья Ивановна не может скрывать свою любовь от мужа, и тот берет с неё слово не видеться со Штрумом. Как раз в это время начинаются гонения на Штрума.

За несколько дней до сталинградского наступления Крымов арестован и отправлен в Москву. Оказавшись в тюремной камере на Лубянке, он не может прийти в себя от неожиданности: допросы и пытки имеют целью доказать его измену Родине во время Сталинградской битвы.

В Сталинградской битве отличается танковый корпус генерала Новикова.

В дни сталинградского наступления обостряется травля Штрума. Появляется разгромная статья в институтской газете, его уговаривают написать покаянное письмо, выступить с признанием своих ошибок на учёном совете. Штрум собирает всю свою волю и отказывается каяться, даже не приходит на заседание учёного совета. Семья поддерживает его и, в ожидании ареста, готова разделить его судьбу. В этот день, как всегда в тяжёлые минуты его жизни, Штруму звонит Марья Ивановна и говорит, что гордится им и тоскует о нем. Штрума не арестовывают, а только увольняют с работы. Он оказывается в изоляции, друзья перестают с ним видеться.

Но в одно мгновение ситуация меняется. Теоретические работы по ядерной физике привлекают внимание Сталина. Он звонит Штруму и интересуется, не испытывает ли в чем-нибудь недостатка выдающийся учёный. Штрума немедленно восстанавливают в институте, создают ему все условия для работы. Теперь он сам определяет состав своей лаборатории, без оглядки на национальность сотрудников. Но когда Штруму начинает казаться, что он вышел из чёрной полосы своей жизни, он вновь оказывается перед выбором. От него требуют подписать обращение к английским учёным, которые выступили в защиту репрессированных советских коллег. Ведущие советские учёные, к которым теперь причислен Штрум, должны силой своего научного авторитета подтвердить, что в СССР нет репрессий. Штрум не находит в себе сил отказаться и подписывает обращение. Самым ужасным наказанием становится для него звонок Марьи Ивановны: она уверена, что Штрум не подписал письмо, и восхищается его мужеством...

В Москву приезжает Женя Шапошникова, узнавшая об аресте Крымова. Она выстаивает во всех очередях, в которых стоят жены репрессированных, и чувство долга по отношению к бывшему мужу борется в ее душе с любовью к Новикову. Новиков узнает о ее решении вернуться к Крымову во время Сталинградской битвы. Ему кажется, что он упадёт мёртвым. Но надо жить и продолжать наступление.

После пыток Крымов лежит на полу в лубянском кабинете и слышит разговор своих палачей о победе под Сталинградом. Ему кажется, что он видит Грекова, идущего ему навстречу по битому сталинградскому кирпичу. Допрос продолжается, Крымов отказывается подписывать обвинение. Вернувшись в камеру, он находит передачу от Жени и плачет.

Заканчивается сталинградская зима. В весенней тишине леса слышится вопль об умерших и яростная радость жизни.