В фильме "Ключи от неба" показаны будни отважных ракетчиков. В одной из воинских частей пересекаются пути лейтенанта Кириллова, новобранца Лагоды, юной Полины и военврача Анны. Молодежь, как это часто бывает, сначала не может избежать мелких ссор и недоразумений. Однако со временем их сердца находят покой, и в части празднуют сразу две комсомольские свадьбы, что делает это событие поистине особенным.

Машинист Федор Иванович Моргунов ожидает своего помощника, чтобы перегнать состав из двух тепловозов, платформы и вагона в ремонт на станцию Беляевка. Внезапно он теряет сознание из-за сердечного приступа и, падая, случайно задевает рычаг. Поезд начинает двигаться сам по себе, набирает скорость и становится неуправляемым.

Диспетчер, чтобы избежать аварии, дает поезду зеленый свет. Однако никто не подозревает, что в пассажирском вагоне находятся люди. Ученик ПТУ Алексей Нечаев оказался там по приглашению машиниста, а Влад, Галя и Марина едут без билетов. Ребята начинают понимать, что что-то не так, когда поезд с грохотом проносится мимо их нужной станции Беляевка. В окно видно, что головной тепловоз охвачен огнем. Алексей решает добраться до кабины машиниста по крыше вагона...

Во время Великой Отечественной войны, находясь в оккупированном Киеве, медсестра Софья Грушко вела подпольную деятельность. Вынужденная работать на фашистов, она стреляла в пленного советского офицера Семена Лихолая, которого затем сама же спасла и вылечила после ранения.

Прошли годы, и они вновь встретились в доме Софьи. Семен, не зная всех обстоятельств, рассказал ее взрослым дочерям, что их мать - предательница. Софья не может опровергнуть это страшное обвинение, так как продолжает выполнять задание советской разведки. Она ждет связного от фашиста, который "завербовал" ее в гестапо...

В 1941 году комиссар, беспокоясь о безопасности немецкого коммуниста-антифашиста Реттеля, решает отправить его вместе с сыном Отто в тыл на санитарном поезде. Во время авиационного налета Реттель погибает, и восемнадцатилетний Отто оказывается в боевом подразделении старшины Жигарева, который получил приказ удержать мост или в крайнем случае взорвать его. Жигарев не сразу доверяет молодому немцу, что добавляет напряженности ситуации.

1941 год. Молодой солдат и поэт спасает раненого командира с поля боя. Когда вражеский истребитель открывает огонь, командир погибает, а солдат получает ранение. Ему предстоит пройти через множество испытаний, прежде чем он сможет присоединиться к партизанскому отряду. В фильме звучат стихи военных поэтов, что придает ему особую атмосферу.

После службы в армии лейтенант Павел Старина возвращается в родной город Рогатин. Он устраивается на работу в местное отделение милиции в качестве оперуполномоченного. Первым делом, с которым ему приходится столкнуться, становится громкое убийство инженера Асеева. На месте преступления найден нож, который горожане опознали как принадлежащий охотнику Шабашникову. Однако Павел чувствует, что охотник не причастен к этому преступлению. Он начинает собственное расследование и с каждым шагом приближается к разгадке.

В послевоенные годы на территории Западной Украины, в одном из сел Прикарпатья, обосновалась группа под руководством Рена. Руководители украинских националистов, находящиеся в Мюнхене, стремятся с ее помощью завладеть списками гитлеровских агентов, которые были оставлены фашистами при отступлении.

Остап приезжает в Ташкент всего на несколько дней и встречает Мастуру, в которую вскоре влюбляется. В ночь его отлета в Киев в городе происходит разрушительное землетрясение. Вернувшись в Ташкент, Остап находит город в руинах и вместе с украинскими строителями помогает узбекским друзьям восстанавливать разрушенные здания. Улица, где жила Мастура, оказалась сильно повреждена, но сосед сообщает, что девушка выжила. Полный решимости, Остап продолжает поиски своей возлюбленной.