《哥哥和妹妹》的故事发生在20世纪50年代中期。少先队员、四年级学生吕小钢（苏立群饰）一直对奶奶（熊塞声饰）过分溺爱妹妹小朵（柳乃林饰）的做法感到不满，甚至连小朵的书包也由奶奶代为收拾。一天，小朵迟到去上学，打开书包才发现里面装的全是玩具，课本一件也没有，这让小钢在同学面前十分尴尬。
妈妈（秦怡饰）得知此事后，意识到孩子的教育是个重要问题。由于平时工作繁忙，对家庭和孩子关心得太少，她对此深感自责。妈妈去上班后，小钢牢记她的嘱咐，不再和奶奶顶嘴，还主动帮助妹妹复习功课。可是，贪玩的小朵经不起小朋友的诱惑，和毛毛（李东东饰）一起跑到动物园游玩，结果被突如其来的大雨淋病。小钢因觉得自己没有照顾好妹妹而十分难过，妈妈也开始反思，不能因为工作忙碌就忽视对孩子的关心和教育。
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