一九六二年夏天，风雨之夜。孙老五夫妇相继离世。矿工陈忠实将工友孙老五未满周岁的孤儿大宝抱回家。恰巧，陈忠实的妻子王桂兰当夜生下一子。桂兰不下奶。徐三的妻子淑英将大宝张罗给表兄抱养。淑英带着表兄来接人，桂兰当下反悔。从此淑英对桂兰心怀嫉恨和偏见。
陈忠实给大宝改名陈天雨，给亲生儿子起名陈天雷。转眼，兄弟俩已经七岁。这一年，陈忠实收留了右派马大海、刘云双夫妇的女儿马薇薇。马薇薇管桂兰叫大姨。
桂兰唯恐外人说自己偏心，对自己的亲生骨肉近乎残酷，把母爱更多地给了天雨。年幼的天雷嫉妒哥哥，对桂兰更是逆反强烈。当听说他们兄弟不是亲哥俩时，天雷便认定自己不是亲生的，随即离家出走。天雨将天雷找，天雷从此不再管桂兰叫娘。
一九七六年，唐山大地震，淑英重伤。临终前，她终于向桂兰道歉，承认桂兰是好娘，并将自己的一双儿女玉龙、玉凤托付给桂兰。桂兰回想十几年，为了消除淑英的偏见而遭受的痛苦，放声嚎啕。桂兰认下一双儿女。陈家又多了一对兄妹。
电视剧非亲兄弟剧照
一九七八年，刘云双平反，将马薇薇接回城里。分别前，马薇薇跪倒在桂兰面前，谢恩呼娘。
一九八零年，高考前夕，陈忠实为了救十二名矿工不幸遇难。虽然桂兰严密封锁噩耗，天雷还是看出破绽，桂兰将噩耗告诉了天雷。积怨已久的天雷认为桂兰是故意叫他落榜，让天雨顺理成章上大学。天雷随即向桂兰逼问亲生父母。痛不欲生的桂兰让他去问徐三。徐三得知天雷误解桂兰，把天雨的身世告诉了天雷。天雷如梦方醒。他随即故意落榜，接过父亲的重任供天雨上大学。
