魏国常年与北方蛮夷交战，老山始终不情愿，但其子魔都(胡军饰)性情暴烈，有意吞并中原。为了抵御外敌，魏召集壮丁为国效力。考虑到父亲华弧年事已高，身患重病，女儿木兰(赵薇饰)毅然决定男扮女装，为父从军。在部队，木兰一直没有暴露，因为她的前玩伴小虎(房祖名)作为掩护。一次偶然的机会，副营长文泰(陈坤饰)发现了木兰 的秘密，但看到她的正直和功夫，她隐瞒了自己的身份。后来，文泰与木兰并肩作战，屡战屡败。;在美国，建立了战功，都被任命为将军。然而，文泰发现木兰在战场上非常情绪化，所以他伪造了她的死亡，并强迫她独立。此时屡战屡败的柔然部落早已死心，而冒顿却一意孤行，不仅剿除异己，甚至杀父，自立门户，誓要剿灭中原。独自面对大门的最大对手是木兰率领的魏守军，一场惊心动魄的你死我活的战争开始了...

俄罗斯歌手维塔斯和韩国歌手李玖哲加入了这部电影，斯蒂芬妮和张靓颖演唱了片尾曲。