Действие происходит в СССР, в конце 1970-х годов. Герои фильма — экипаж пассажирского авиалайнера Ту-154Б борт СССР-85131 «Аэрофлота», совершающего международные рейсы.
Фильм начинается с семейных проблем командира экипажа Андрея Васильевича Тимченко (Георгий Жжёнов): Наташа, дочь-студентка, забеременела, но выходить замуж за отца ребёнка отказывается, и, несмотря на тяжело протекающую беременность, решает рожать.
На охоте он встречает своего старого друга и его внучку Тамару (Александра Яковлева). Девушка ищет себя в жизни, пытается стать актрисой, но не проходит по конкурсу. Тамара хорошо знает английский язык, и Тимченко предлагает ей работу стюардессы на международных линиях и берёт в свой экипаж.
Другой член экипажа, бортинженер Игорь Скворцов (Леонид Филатов), обаятельный ловелас, меняет девушек одну за другой. Он добивается расположения Тамары. Девушка по-настоящему влюбляется в Игоря. Но он не намерен связывать себя семейными узами.
Тем временем в Москве Скворцов случайно встречает Валентина Ненарокова (Анатолий Васильев), бывшего члена их экипажа, и понимает, что у того в семье тоже есть проблемы: Валентин, женившись на девушке из провинциального города, бросил ради неё авиаотряд и ушёл в малую авиацию пилотом вертолёта, но семейная жизнь не сложилась. Хотя Валентин ведёт себя как идеальный муж и отец, его жена Алевтина изводит и его, и их сына Алика постоянными придирками и истериками. Алик (Рома Монин) на фоне тяжёлой семейной обстановки страдает сильным заиканием. В конце концов Валентин подаёт на развод, но ребёнок по решению суда остаётся с матерью. После развода Алевтина признаётся, что причина её неадекватного поведения в том, что она никогда не любила мужа, вышла замуж за бросившего ради неё всё красавца-лётчика из тщеславия, и в результате тоже глубоко несчастна.
После очередной ежегодной медкомиссии медики списывают по состоянию здоровья второго пилота экипажа Михаила (Юрий Горобец). Скворцов просит Тимченко помочь Ненарокову вернуться в большую авиацию. Тимченко соглашается.
Между Скворцовым и Тамарой происходит разрыв: Тамара, страдая от нежелания Игоря остепениться, застаёт у него одну из бывших пассий, в результате чего решается порвать со Скворцовым, который, видимо, никогда не изменится. Они продолжают работать в одном экипаже, Игорь постепенно осознаёт, что не хочет терять Тамару, потому что любит её, просит девушку вернуться и даже делает предложение, правда в весьма нелепой форме, но гордая Тамара отказывается.
Перед тем как влиться в новый коллектив, вернуться в большую авиацию и обрести второе дыхание, Ненароков, приехав повидать Алика, обнаруживает, что вышедшая повторно замуж Алевтина заставила сына называть отцом своего нового мужа. Тот, впрочем, хорошо относится к пасынку, и Аля счастлива во втором браке… Ненарокову больно от того, что он потерял сына… однако при расставании Алик успевает шепнуть Валентину, что он помнит, что он его настоящий папа и любит его.
Тимченко, наблюдая за отношениями Скворцова и Тамары, принимает решение убрать Игоря из экипажа и предупреждает, что Скворцов летит с этим экипажем в последний раз.
Экипаж самолёта, уже с новым вторым пилотом Ненароковым, получает задание совершить сложный рейс в пострадавший от землетрясения горный город нефтяников Бидри (город вымышленный, географически находится где-то на юго-востоке от европейской части СССР) для эвакуации работающих там советских сотрудников. Происходит повторное землетрясение. В аэропорту, где самолёт совершил посадку, всё вокруг горит и рушится, людей охватывает ужас, возникает паника. Взлётно-посадочная полоса оказывается повреждённой, взлететь с неё невозможно. Однако взлететь крайне необходимо: в самолёте находятся две сотни пассажиров, а селевой поток, вызванный предыдущими подземными толчками, разрушает нефтеперерабатывающий завод, находящийся в горах, вызывает детонацию, и потоки горящих нефтепродуктов на огромной скорости идут к аэропорту. Тимченко принимает решение взлететь, используя рулёжную дорожку в качестве ВПП. Ту-154 взлетает за несколько секунд до того, как потоки горящей нефти заливают аэродром.
Однако при взлёте хвостовую часть самолёта повреждает падающая осветительная опора, снесённая сейсмической волной: частично заблокирован руль высоты, в фюзеляже перед воздухозаборником образовалась трещина, в результате чего салон разгерметизируется. Самолёт идёт на крейсерской высоте в несколько километров, в салоне резко падает температура, находящиеся там люди задыхаются от недостатка кислорода. Командир приказывает срочно снижаться, а также перевести детей в нетронутый аварией салон. Но этого мало: самолёт не сможет приземлиться с пробоиной в фюзеляже и с неработающим рулём. Скворцов предлагает план спасения: необходимо прорубить гермошпангоут воздушного судна, выйти через дыру в воздухозаборник самолёта и устранить повреждения. Тимченко, не доверяя Скворцову, вначале отправляет на корпус Ненарокова. Ненароков ликвидирует пробоину, но не может продолжить работу из-за сильного обморожения. Его заменяет Скворцов: выйдя на обшивку лайнера и набрасывая фал на руль, он делает самолёт управляемым. Скворцов, как и Ненароков, сильно обморожен. Машина, не имея топлива для посадки в других аэропортах, снижается над своим аэропортом Шереметьево, где идёт сильный дождь и ВПП мокрая. Трещина на фюзеляже продолжает увеличиваться из-за напряжений в корпусе. Всем пилотам ясно, что при попытке нормального торможения у самолёта оторвётся хвост. Убрав людей из хвоста самолёта, Тимченко совершает посадку, и, таким образом, спасает всех пассажиров. Скворцов, сойдя на землю, пытается помириться с Тамарой, поняв, наконец, что она — настоящая его любовь.
Экипаж проходит медосмотр, и теперь уже Тимченко отстраняют от полётов. У него случается сердечный приступ. В госпитале его навещают члены экипажа, а также Наташа с подросшей уже внучкой. Игорь Скворцов, придя к командиру, сообщает, что они с Тамарой идут в ЗАГС подавать заявление. А Валентин, любящий детей, оказывает знаки внимания Наташе. Пережитая катастрофа сближает всех.
В финальных кадрах показано начало нового полёта Ту-134, и голос стюардессы Тамары произносит: «Командир корабля Валентин Георгиевич Ненароков…».
