电视剧《军医》的剧情围绕主人公林烦昆（五哥）的曲折人生展开。五哥是一位留洋归来的医生，在古城开设诊所，以治病救人为己任。当他得知故乡伤寒病流行、药品紧缺时，毅然带着药品回到西门古城，遏制了病情的蔓延。此时，他与青梅竹马的三妹重逢，但三妹因家庭原因已投身革命，两人感情复杂。

五哥因医术高超被国军征用，随部队上前线救治伤员。前线战事激烈，五哥不眠不休地动手术，逐渐适应了战场环境，坚定了治病救人的决心。然而，他目睹了国民党军队的种种劣迹，心中产生失落。

在一次激战后，五哥重伤昏迷，被新四军救起。他带伤为新四军伤员做手术，展现了医者仁心。随着战争形势的发展，五哥面临是否参加新四军的抉择，同时二妹的生活也陷入困境。最终，五哥拒绝了三妹的劝说，选择留在二妹身边。

然而，战争并未结束，日军再次入侵西门古城，五哥和三妹、二妹等人在战火中历经生死考验。二妹为掩护五哥和三妹牺牲，三妹也在战斗中受伤牺牲。五哥悲痛之余，拿起武器奔赴抗日战场，为家人和民族而战。