零下三十八度的故事发生在日寇统治下的伪满时期。常青（王丽坤饰）是一名心怀家国的医生，长期借助工作之便，秘密为抗联筹集药品，而这一切连与她朝夕相伴的丈夫定邦（于和伟饰）都毫不知情。夫妻俩原本商定离开满洲前往关内生活，然而就在此时，常青得知敌人即将有大批军火入境，便让定邦先行离开，自己留下阻止这场危机。定邦不明白妻子独自留下的真正原因，心中充满疑惑。
定邦曾是国军中的主张抗日者，随着对国民党假抗日、真剿共意图的认识日益清醒，他在一次战斗中诈死隐匿，之后与常青结为夫妻。由于两人始终隐瞒着各自的身份，婚姻生活中不断产生误会。直到定邦得知常青一直在暗中帮助抗联，夫妻二人的心才真正走到了一起。
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