1938年初白求恩遠渡重洋，突破重重阻撓，到達延安，並在同年6月進入晉察冀抗日根據地。在這裡，白求恩被任命為軍區的醫藥顧問，受到根據地幹部、戰士和老百姓的熱烈歡迎。
剛剛安頓好，白求恩便開始了緊張的工作，在很短的時間內，對軍區所屬醫院進行了視察。他發現這裡的情況比想像的還要差，沒有正規醫院，沒有正規手術室，缺乏有技術的外科醫生，缺乏必備的醫療器械。為了解決這些困難，白求恩首先向軍區司令員請示，辦一個示範的後方醫院，調各分區最好的醫生來加以訓練。然後，他又寫信讓加拿大的朋友寄一些醫療器械。
在訓練班，白求恩自己撰寫講義，向學員們認真傳授外科手術的技術。學員們雖然文化水平較低，但十分刻苦，因此，也增加了白求恩的信心。經過培訓，軍分區各醫院醫生的技術水平明顯提高。白求恩還不顧個人安危親自到最前線為傷員做手術。
一次，三五九旅在山西靈丘打一個比較大的伏擊戰。白求恩率醫療隊奔赴前線，在一個破廟裡，白求恩佈置了一個手術室，為傷員做手術。徐連長負重傷，失血過多，白求恩抽自己的血為徐連長輸血，挽救了徐連長的生命。眼看炮火緊逼破廟，有的炮彈就落在廟的附近。白求恩仍堅持做完最後一個手術，才撤離。白求恩在這裡看到了許多奇蹟發生，許多外界不瞭解的事情。他希望把中國人民的抗日鬥爭的情況，告訴全世界的人民。他決定回加拿大一趟，軍區開了歡送會，童秘書、方大夫送白求恩到小河邊。突然遠方傳來緊急集合號聲，白求恩停下腳步決定暫時不走了，覺得這裡更需要他。白求恩又上前線了，並轉戰各處，最後參加了著名的黃土嶺戰役。
在前線的臨時手術室，白求恩正在做一個手術，敵人突然進行猛烈的進攻，方大夫勸白求恩趕快撤離，白求恩說這是一個腹部手術，一定不能耽擱，否則有生命危險。他堅持做完了手術，但在手術中手指卻被劃破。後來回到醫院，白求恩又堅持做了兩個手術，不慎手套破了，手被感染，他不幸患上血液中毒症。由於根據地醫藥缺乏，白求恩經搶救無效，不幸病逝。
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