故事发生在陕北的黄土高原上，12个少年，来自英勇的“红军少年先锋队”，他们跟着革命队伍转战陕甘，打土豪，分田地，宣传革命，为革命作出了不少的贡献，被组织誉为“火焰一样的山丹丹”。
年冬天，地主家的小羊倌王有福，小乞丐赵玉杰，结伴逃出了地主的魔掌，拿着半张革命传单，到大山里寻找“穷人的队伍”，谁知遭遇大雪，两个人在雪地里冻僵晕倒了。
幸好，刘志丹率领的游击队正好经过这里，看到倒在地上的两个孩子，他们脱下大衣，裹住两个孩子暖在怀里，把他们救了下来，两个孩子就这样参加了游击队。
后来，陆陆续续又有一些穷孩子加入。
刘志丹决定成立一个娃娃班，并且让曾经当过骑兵连长的边德荣，担任他们的指导员，带他们进行军事训练。
一天晚上，大部队驻扎在一个叫艾蒿洼的小村庄，孩子们被安排在两里多外的另一个小村庄。夜半时分，艾蒿洼突然传来了一阵阵的枪声。
王有福第一个惊醒过来，他赶紧叫起小伙伴们，拿着小马枪、梭镖、大刀跑向了艾蒿洼。
到达一处山顶的时候，他们看到黑压压的敌兵，正在机枪的掩护下，不断地向艾蒿洼发起进攻，游击队的处境十分危险。
这股敌兵，是陕北有名的大土豪张廷芝的队伍。少年们冲下山崖，杀进了敌人的后方，趁他们慌乱之际，游击队成功突围了。
年2月22日，娃娃班被正式命名为“红军少年先锋队”，刘志丹把一面绣着“中国工农红军陕甘游击支队少年先锋队”的红旗，授给了少先队队长王有福。
这些少先队员们，跟着大部队一起打土豪，分粮食，学文化，宣传革命，就像一朵朵火红的山丹丹花，又像暗夜里的一团团火焰，深受老百姓的喜爱。
到年秋天，少先队员已经发展到两三百人，成为红军一支活跃的战斗力量。
年10月，毛泽东率领的中央红军来到陕北高原，和15军团一起，在直罗镇向敌人发动了猛烈的进攻。
很多战士倒在敌人的枪口下，少先队员们看在眼里，急在心里。
其中一个队员名叫小柱子，他灵机一动，和队员们用干粮袋和衣裳包了很多松散的黄土，悄悄绕到了敌人背后。
他们一挥手，黄土向着敌人兜头撒了过去，敌人的眼睛一下被迷得睁不开了，他们趁机扔出几枚手榴弹，敌人一下子阵势大乱。
大部队抓住这个千钧一发的机会，攻上了山梁，一鼓作气拔掉了敌人的机枪火力点。敌人见势不妙，落荒而逃，这帮气急败坏的家伙，跑的时候，顺便抓走了12个少年。
敌人对少年们威逼利诱，逼他们说出红军的情况，小柱子突然笑了，他说，你给我一副竹板，我就说。
“这里没有竹板，我用马刀敲击枪杆，你快说。”一个长着猫头鹰眼的军官说。
节奏一响，小柱子张口就来了一段：
“猫头鹰眼，先别转，包围你的红军你看不见！满西北，遍江南……”
军官气急败坏，下令挖一个大坑，杀了他们！
小柱子一点都不害怕，继续说道：
“同志们，别难受，红彤彤的太阳在前头。站好队，齐步走，我们少年先锋队，不怕活埋，不怕杀头……”
话音未落，敌人就对小柱子下了手！紧接着，他们又杀了另外11名少年！
12名少年的鲜血，染红了山丹丹花！
直罗镇战役取得了胜利，不久以后，全国抗战开始，王有福和其他少先队员们，就像一支一往无前的铁流，奔赴到了如火如荼的抗日战场。
这些孩子们，他们无悔青春，与今天很多崇尚物欲，追逐享乐，耽于游戏的孩子相比，他们的激情，他们的追求，令人“高山仰止，景行行止，虽不能至，心向往之”。
正像马克思说的：
“我们的幸福将属于千百万人，我们的事业将默默地、但是永恒发挥作用地存在下去，而面对我们的骨灰，高尚的人们将洒下热泪。”