В тюрьму для военных преступников, признанных врагами народа и приговоренных к высшей мере наказания, приезжает офицер из особого отдела. Он просит начальника тюрьмы предоставить ему помещение для беседы с осужденным майором Александром Ермаковым. Приехавший хорошо знает Александра, но вся обстановка не располагает не только к объятиям, но даже к обычному приветствию. Однако предложение приехавшего из штаба офицера – единственный шанс для приговоренного Ермакова послужить Родине и получить от нее прощение. Ермакова отвозят в Генеральный штаб, где ему показывают карту прифронтовой территории и объясняют задачу. В районе деревни Выселки находится затопленная в озере машина с секретным оружием. Это мощная пусковая установка на грузовой машине. Площадь поражения оружия огромна, разработка совершенно секретная. Установку надо уничтожить, тогда приговор Ермакова будет пересмотрен.

После двухдневной подготовки бойцы под командованием пониженного в звании капитана Ермакова забрасываются за линию фронта. В составе отряда находится шофер, затопивший установку. Он рассказывает ребятам, как это произошло и почему установку назвали «Катюшей». Установка дала два залпа под Рудней – огонь до неба, мощь невиданная. Шороху наделали среди немцев эти два залпа... Но приказ отступить машина выполнить не смогла. Начался обстрел с самолетов, командир и многие бойцы погибли. Самому шоферу удалось выбраться из окружения, но установка осталась в районе испытаний, под водой. На корпусе этой новейшей установки выбита буква К, обозначающая символ завода имени Коминтерна. Но ребята сами придумали назвать ее, как в песне, «Катюша». Ермаков дает приказ минировать дорогу к железнодорожной станции – судя по всему, поднятый со дна озера миномет немцы будут переправлять именно туда.

Великая Отечественная война. Во время отступления частей Красной Армии шла переброска секретного оружия - гвардейских минометов БМ-13, впоследствии названных «Катюшами». В ходе операции одна машина затонула. Чтобы не допустить ее попадания в руки врага, срочно формируется и забрасывается за линию фронта отряд из нескольких мастеров спорта под командованием Александра Ермакова. Их цель - найти и уничтожить орудие.

Переводчица Анна арестована и находится у немцев. Ее допрашивают, но она не выдает ни цель прибытия отряда Ермакова, ни того, где они сейчас могут быть. Анну проводят через инсценировку расстрела и обещают, что это только начало, предлагая сдаться и все рассказать. На ослабленный гарнизон в Выселках начинается наступление небольшого отряда Ермакова. Силы все еще неравны, но Вика с Алексеем берут огонь на себя, позволяя остальным бойцам заняться захватом грузовика с секретной установкой БМ-13, ласково названной «Катюшей». Немцы окружают укрепленную точку, где находятся раненые и теряющие последние силы Вика и Алексей. Когда немцы заглядывают за мешки, взрыв гранаты уничтожает и русских диверсантов, и окруживших их немцев. Тем временем оставшиеся бойцы Ермакова заводят мотор грузовика с «Катюшей» и скрываются на нем в лесу. Капитан Шведенбурх докладывает в Берлин, что русские похитили секретное орудие.