《天下兄弟》讲述了双胞胎兄弟刘栋和田村从小被分离的故事。一个在农村长大，一个进入高级军官家庭。他们在成为敌人的同时，也不知不觉地喜欢上了同一个女孩。然而，在关键时刻，他们选择牺牲自己的生命来拯救对方。故事发生在上世纪60年代初，贫穷的农村孕妇王桂香在农田工作时突然生产，被路过的军人田辽沈和杨佩佩夫妇救助，成功生下一对双胞胎。为了能够养活哥哥，王桂香将弟弟送给因伤无法生育的田辽沈夫妇，此后两家失去了联系，两个兄弟走上了完全不同的道路。十八年后，两兄弟在不同的环境中长大，哥哥刘栋和弟弟田村同时报名参军，却被分配到同一个连队。然而，他们并不知道彼此的身份。在部队中，两个亲兄弟开始了新的生活，田村在训练中表现出色，而刘栋则展现出文学才能。他们之间的关系既疏远又亲近，竞争成为他们之间“友谊”的纽带。两兄弟都喜欢上了同一个女孩石兰，石兰喜欢刘栋的才华，但田村的介入使得刘栋自卑而退出。为了让刘栋顺利参军，哥哥刘树四处求人，最终将妹妹刘草嫁给了村长的无赖儿子。然而，刘草遭到村长儿子的欺负，最终在一次争执中，刘树为了保护妹妹不堪忍受，失手杀死了村长儿子，被判无期徒刑，刘家陷入了悲伤之中。在与石兰的爱情和家庭困难的磨砺下，失落的刘栋遇到了因受伤而复员的柳三环，两人日久生情，最终结为夫妻，而田村则与石兰结婚。在一次突发的山火救援中，石兰为了保护伤员而牺牲了自己，田村冒着生命危险救出了刘栋，但自己的眼睛却被大火烧伤，几乎失明。在一连串的变故中，母亲王桂香终于知道田村就是自己当年送给别人的儿子！尽管王桂香坚守当年的承诺，不与田村相认，但为了田村，王桂香和狱中的刘树都竞相为田村献出眼角膜。此时，田辽沈夫妇也对刘家所做的一切感到激动，准备告诉田村一切真相……