《孤胆女英雄》剧情讲述了女土匪赵红花在共产党的领导下，成长为有着坚定革命信念的中国共产党党员和八路军抗日女英雄的故事。

1941年我军截获日军准备进攻太行山土匪山寨青龙寨的情报，指派兵工厂厂长赵刚查明情况。赵刚尾随日军密探来到了青龙寨，却被当作奸细被抓。寨主之女赵红花不愿嫁给山寨的接班人江大龙与赵刚合作出逃，日本人趁机占领青龙寨。

红花将拯救山寨的希望放在国军营长唐淮川身上，却迟迟等不来支援只得率部攻山救父。赵孔武为掩护女儿红花牺牲，赵刚救出了红花，红花加入了八路军。独立团成立，赵刚任政委还带来了未婚妻杨柳青，红花被迫收起对赵刚的好感。

一次战役中，杨柳青因破译日军电文失误导致独立团遭重创，杨柳青失踪。红花帮助悲痛的赵刚走出低谷，两人的感情升温时，杨柳青却回到了独立团。日军利用杨柳青的求胜心切设计陷害，赵刚营救杨柳青遇险，杨柳青为保护赵刚牺牲，临终前真心祝福红花和赵刚。红花和赵刚带领独立团终于击败日军夺回了青龙寨。