《龙号机车》从程铁在废弃矿场的铁轨尽头看见一张发黄图纸开始，他本来是唐山铁路工厂最年轻的司机，每天开着外国造机车运煤，洋人工程师史密斯总说中国人造不出蒸汽机车，赵工程师从海外归来，带回一箱零件和半本笔记，陆小满是女学徒，她偷偷钻进锅炉房量尺寸，老段是厂里最老的工匠，孙掌柜是买办，柳如烟是茶商女儿，铁蛋是矿场孤儿，他们聚在破仓库里，决定造一台中国人自己的机车，程铁把图纸铺在地上，说这台车就叫龙号。剧中出现的主角有程铁、陆小满、老段、赵工程师、孙掌柜、史密斯、柳如烟、铁蛋。程铁没有钱，他找孙掌柜赊钢材，孙掌柜表面答应，暗中把消息卖给史密斯，史密斯带人来砸仓库，陆小满把图纸藏进煤堆，老段用身体挡住铁锤，赵工程师被洋行绑架，铁蛋带矿场孩子引开巡捕，柳如烟用茶箱运零件，程铁第一次试车，锅炉炸开，老段为救他烧伤，临死前把扳手交给陆小满，说别停。程铁没有放弃，他带人把炸坏的零件重新打磨，赵工程师逃回来后日夜计算，陆小满学会焊接，铁蛋负责送饭，柳如烟卖掉嫁妆买铜管，孙掌柜被洋人逼债，最后也偷偷送来一批好钢。中段最惊险的一场戏发生在龙号机车第一次上轨，史密斯带人拦在道口，说没有洋人签字不准通行，程铁拉响汽笛，铁蛋扳开道岔，陆小满跳上车头添煤，赵工程师在轨道上信号，柳如烟带茶工挡住洋人打手，孙掌柜站在路中间喊今天谁敢动龙号，我就跟谁拼命，机车冲出仓库，烟囱喷出黑烟，车轮碾过洋人设置的木障，史密斯脸色铁青，龙号在铁轨上跑出第一里，所有人追着跑，程铁在驾驶室里哭，陆小满笑他鼻涕都出来了。高潮发生在铁路开通典礼，洋人想用另一台机车抢功，赵工程师被诬陷偷图纸，程铁带龙号提前出发，半路遇到塌方，铁蛋受伤，陆小满用千斤顶顶起车厢，柳如烟带人清障，孙掌柜在典礼上公开账目，证明龙号是中国人自造，史密斯最终承认失败，赵工程师把证书递给程铁，程铁把证书贴在锅炉上，说这是龙号的皮。战后龙号被送进博物馆，程铁和陆小满开了一间铁路学校，赵工程师写书，铁蛋成了司机，柳如烟管后勤，孙掌柜改行做实业，史密斯偶尔来参观，站在龙号前不说话。后来新造的高铁经过老站，程铁带学生来看，说这台老龙号没生锈，因为它一直跑在咱们心里。最后，《龙号机车》用矿场、锅炉和一条铁轨，把工业救国的老故事写成一群小人物硬造大机器的热血，也让人明白洋人看不起不可怕，可怕的是自己先信了造不出来。