《大汉十三将之血战疏勒城》讲述了公元七十四年，汉朝重新设立西域都护，外番大肆入侵汉朝边境。疏勒城守将耿恭凭其智慧、胆略，救下被围困的百姓与将士 ，众人在疏勒城历经重重磨难中，展现出人性光辉和至情至性的一面。最终等来大汉援军，粉碎了外番侵略图谋，而归返入关将士仅余十三人。故事彰显了大汉朝“犯我大汉者，虽远必诛”与“凡我大汉子民，虽远必救”的精神。
疏勒城守将耿恭率领众兄弟在疏勒城附近巡逻，正好看到漠北大军正在追赶一位异域女子。耿恭和众兄弟杀退漠北大军，救出了异域女子。而两万漠北大军即将赶来围城。
疏勒城只是汉朝西域边塞上的一座小城，已经被漠北大军包围数月。疏勒城中的守卫士兵才两百而已。
漠北大军对疏勒城的数次进攻都被耿恭率领的守军打退，疏勒城外陷入一片火海。漠北大军军心涣散，首领左鹿蠡王无奈只能下令撤退。
被耿恭救回的异域女子自称是被逼要嫁给漠北大军的单于，因为拼死不从，才无奈逃出。耿恭暗地里却表示怀疑。耿恭让手下收集饮用水和粮食，并且禁止百姓饮用溪水，准备与漠北大军苦战。
汉朝朝堂上，一大臣请汉章帝派兵增援疏勒城。但是其他大臣以皇帝新登基，缺少钱粮为由暂缓出兵救援疏勒城，汉章帝默而不语。
手下将领对左鹿蠡王攻打疏勒城不力而撤军的命令不解，左鹿蠡王却称自己非常了解耿恭，知道他不是莽夫。而此时，单于派来的监军右贤王对左鹿蠡王的两万大军被耿恭的区区百人击退非常不解，大肆嘲笑。
耿恭质疑异域女子的来历，原来她是车师国的公主，因车师国国王已经投降漠北大军，而自己不想嫁到漠北去，所以逃了出来。为了证明自己就是车师国的公主，她还给耿恭看自己胸前的佩印。这时，正好暗恋耿恭的女将范柔进来，对耿恭产生了误会。
监军右贤王对左鹿蠡王久久不出兵攻打疏勒城不满，威胁要向单于告状。
漠北大军向疏勒城的守军饮用的水里下毒，切断了水源。耿恭无奈只能命令大家停止屯水，下令挖井取水。
耿恭为了增加防守疏勒城的兵力，命令部将范羌放出牢中囚犯。
范柔怀疑车师国公主对耿恭有意，拿起刀子威胁她，此时，正好耿恭进来，让她们俩互相照应。
在比武场，众牢犯不愿从军，与耿恭一番打斗后被收服。其中三名各怀绝技的囚犯更是愿意听从耿恭的调遣。
深夜，漠北大军通过空中放出孔明灯的装置，火烧疏勒城。耿恭无奈命令用囤积的饮用水灭火。最后，虽然大火被扑灭，但是城中的饮用水也使用殆尽，连粮草也被烧光了，部将称剩下的粮食大概三天也撑不了。
耿恭无奈准备从马粪里挤出水来喝。车师国公主问他为什么不早点离开，耿恭称要带走全城百姓一起离开，谈何容易。
漠北的使者来劝耿恭投降，被耿恭怒斥，称这里的每一寸土地都是大汉的疆土，把漠北的使者斩了。
车师国公主向耿恭建议，向车师国请求要粮要水。部将秦义自告奋勇冒险出去，决定穿着漠北使者的衣服偷偷混出城去。秦义偷偷出城，被漠北大军的左鹿蠡王发现，派兵追捕，最后，秦义还是没逃脱，被漠北大军的士兵捕获。
秦义被漠北大军残酷暴打之后，用来威胁耿恭投降。耿恭为了守住疏勒城，无奈只能看着兄弟死去。
漠北大军在城外杀马煮肉诱惑城里的守军。一个年轻士兵坚持不下去了，要投降，被耿恭当场处死。
耿恭命令部将开始杀马吃马肉喝马血。城里的粮食越来越少了，士兵们只能开始煮皮甲吃了。
耿恭命令三名身怀绝技的牢犯深夜偷袭漠北大军，去烧他们的粮仓，并告诉他们没有成功的把握。部将范羌自告奋勇和他们一起去烧粮仓。深夜，四人潜入漠北大军的粮仓，点火烧掉了漠北大军的粮仓。但是，三名牢犯为了保护范羌，也在与漠北士兵的战斗中身亡。
此时，左鹿蠡王率领的漠北大军主力也开始袭击疏勒城。疏勒城众将士在耿恭的指挥下顽强退敌。在大家的拼死守城下，疏勒城终于暂时守住了，而左鹿蠡王得知自己的粮草被烧了，也大惊失色，终于无奈退兵了。
左鹿蠡王回到大营，得知所剩粮草不多，命令部下连续不断的攻打疏勒城，务必要攻下疏勒城。左贤王逼迫左鹿蠡王交出军权，由自己来攻打疏勒城，左鹿蠡王发怒一刀砍死了左贤王。
第二天白天，疏勒城中能战的士兵已经所剩不多了。耿恭命令车师国公主和范柔领着百姓从地道撤退，准备和漠北大军进行一场最后的决战。一些百姓自愿留下抵抗漠北大军。
最后的决战开始了，剩下的疏勒城守军与漠北两万大军展开决战。众将士与漠北大军拼死决战，范柔送走百姓后也赶来助战。最后，众多将士与漠北大军的决战中，一一战死，范柔也在拼战中身亡。
在最后一刻，大汉的援军到了，汉章帝衡量再三后终于派出了大军援助耿恭的疏勒城。左鹿蠡王也无奈退兵。疏勒城也守住了。
本片重现了十三将士归玉门的战争场景，一部荡气回肠的东汉英雄史诗。