南水北调中线工程动工，董望川（李幼斌 饰）被任命南水北调中线工程副指挥兼总工程师。然而正在此时的用人之际董望川的得力助手江浩（段奕宏 饰）因生活所迫为了利益放弃南水北调工程建设，为此董望川与其断绝师徒关系。董望川的家乡是南水北调中线工程水源地丹阳市槐树村，他力荐自己的妻子周晓丹（俞飞鸿 饰）担任丹阳市副市长，负责移民、治污工作，但是却遭到妻子埋怨。在任期间周晓丹为保护槐树村祖坟，建议搬移烈士陵园打动槐树村村们，获得大家的肯定顺利完成移民工作。污水治污工作上，她拿董望川堂弟开刀，遭亲人唾骂也坚持工作，最后为其争取丰厚补偿也鼓励其开展绿色工业。另一方面江浩并没有放弃南水北调工程，他作为河海水利建设工程公司的代表担任“穿黄”项目部经理兼技术总监。江浩将重病的父亲接到工地宿舍，一遍救险一遍照顾父亲。为了给父亲筹医药费，在缺氧的状况下抢修盾土机完成前所未有的突破。北京西四环暗涵工程最关键的节点就是下穿五棵松地铁站工程，董望川提出创新技术，在南水北调专家们的质疑下，担当起责任开创新技术。林子彤负责地下指挥指与工人们一起冒着危险工作，董望川在地铁里与工人们并肩作战。然而正在五棵松暗涵打通之际，董望川妻子周晓丹视察工作时心脏病突发，但是他并没有陪在妻子身边，而是一直陪着工程一线的工人们。最后五棵松暗涵工程成功，周晓丹与董望川冰释前嫌相互谅解，林子彤与江浩正式交往，并在工地现场举行婚礼。      《天河》中高明、宋春丽、赵有亮、黄梅莹四位老戏骨分别饰演李幼斌和俞飞鸿的父母。如果说赵有亮、黄梅莹饰演俞飞鸿的父母在大家看来还是情理之中的话，高明、宋春丽饰演李幼斌的父母就令人相当惊诧。李幼斌和宋春丽年龄只差七岁，曾一起合作多次，更扮演过夫妻，但饰演母子这样的角色可是头一次。