本片根据杨金远的小说《官司》改编，故事背景发生在1948年到1956年间，一个连队的战士全部阵亡却无人知晓，全片通过寻找追溯的过程展现了这几个战士的英勇和感人的事迹。
解放战争期间，一连连长老谷接到三团团长的命令，带领士兵火速赶往阵地完成一项阻击任务，以便让大部队安全转移。他们约好，一连听到集结号之后，就可以突围撤走。但全连战士始终没有听到集结号的吹响，除了老谷一人被老乡救下，其他的战士全部战死。从此以后，寻找团长问清楚为什么集结号没吹响，成了老谷一生的追求。
几十年后，他才得知，三团团长早就牺牲在了朝鲜战场上。团长的警卫员道出了秘密：当年大部队转移的时候，团长根本没让号手吹号，当时已经决定用一连的牺牲去换取大部队的安全转移。直到生命的最后一刻，团长仍然为自己的决定内疚忏悔。老谷最终原谅了团长。

《集结号》讲述：一个老头特别爱听军队的集结号，战士就问他为什么，老人就讲了自己的一个亲身经历，在一次战役中，上面的命令是一个连队的战士坚守4小时以集结号为令撤退，结果等了12个小时集结号也没有吹响过。而这就是影片《集结号》的核心故事：当张涵予饰演的连长谷子地所带领的47个战士伤亡惨重时，由廖凡饰演的排长焦大鹏在牺牲前告诉谷子地：我听到集结号了。焦大鹏是全连最勇敢的战士，由他说出的这句话让谷子地震惊。但是谷子地本人却没有听到号声，于是他决定继续坚守下去，结果47个战士最终全部阵亡。从此谷子地开始了寻找真相的过程……进入和平年代后，这47名战士被定为“失踪”，谷子地的后半生就在寻找47具遗骸、为追溯他们“烈士”的称号而存活着……