兄弟的女友故事开始于20世纪50年代，北方钢厂锻轧车间有两个八级工匠，二人性格迥异，但都身怀绝技，师兄肖长功（刘佩奇 饰），师弟叫杨老三（孙红雷 饰）。当初正处于全国技术大比武时期，师兄弟之间也不例外，由于二人都争强好胜，这一比比出了半生的恩怨，整个五十年代兄弟两人是在别别扭扭中度过的。一晃三年自然灾害来临，紧跟着又是文化大革命，他们的命运也随着社会的动荡而改变着，由原先的相互挑衅慢慢变成同情与帮助。时光荏冉，岁月如梭，一晃长功的老伴走了，大儿媳也因公殉职，二儿子则患上了精神病。一直以来，长功的妹妹肖玉芳（陈小艺 饰）与杨老三两情相悦，但肖长功却始终不同意他们结婚……