En 1918, un joven Jiro Horikoshi anhela convertirse en piloto, pero su miopía se lo impide. Una noche, sueña con su ídolo, el diseñador de aviones italiano Giovanni Battista Caproni, que le dice que nunca ha pilotado un avión en su vida, y que construir aviones es mejor que pilotarlos. Cinco años después, Jiro viaja en tren para estudiar ingeniería aeronáutica en la Universidad Imperial de Tokio y conoce a una joven, Naoko Satomi, que viaja con su criada. Cuando se produce el Gran Terremoto de Kanto de 1923, la pierna de la criada de Naoko se rompe y Jiro la lleva hasta la familia de Naoko, marchándose sin dar su nombre.

En 1927, Jiro se gradúa con su amigo Kiro Honjo y ambos son contratados por el fabricante de aviones Mitsubishi, al que se le asigna el diseño de un avión de combate, el Mitsubishi 1MF9, para el Ejército Imperial. Durante una prueba, el avión se rompe en el aire y es rechazado. Desanimados por el aparente retraso de la tecnología japonesa, Jiro y Honjo son enviados a la República de Weimar en 1929 para llevar a cabo una investigación técnica y obtener una licencia de producción para un avión Junkers G.38. Jiro vuelve a soñar con Caproni, que le dice que el mundo es mejor por la belleza de los aviones, aunque la humanidad pueda darles un uso terrible.

A principios de 1932, Jiro es ascendido a diseñador jefe de un concurso de aviones de combate patrocinado por la Armada Imperial, pero su diseño, el Mitsubishi 1MF10, no supera las pruebas en 1933 y es rechazado. Decepcionado, Jiro se va a un centro de veraneo en Karuizawa para descansar, donde se reencuentra con Naoko. Castorp, un visitante alemán que critica en privado el régimen nazi, le dice a Jiro, que tiene la intención de visitar Dessau, que Hugo Junkers tiene problemas por luchar contra el nazismo, y que Alemania volverá a entrar en guerra, por lo que debe ser detenida.

Más tarde, Jiro pide al padre de Naoko su bendición para casarse con ella, y ambos se comprometen. Sin embargo, Naoko tiene tuberculosis y quiere esperar a recuperarse para casarse. Castorp colabora en el romance antes de huir de la detención por parte de la policía secreta japonesa. Buscado en relación con Castorp, Jiro se esconde en casa de su supervisor mientras trabaja en un nuevo proyecto de la marina. Tras una hemorragia pulmonar, Naoko se recupera en un sanatorio de la montaña, pero no soporta separarse de Jiro y vuelve para casarse con él. La hermana de Jiro, Kayo, una doctora, advierte a Jiro de que su matrimonio con Naoko acabará de forma trágica, ya que la tuberculosis es incurable. Aunque la salud de Naoko se deteriora, ella y Jiro disfrutan de su tiempo juntos.

Jiro parte para el vuelo de prueba de su nuevo prototipo de avión, el Mitsubishi A5M. Sabiendo que morirá pronto, Naoko regresa al sanatorio y deja cartas para Jiro, su familia y sus amigos. En el lugar de las pruebas, Jiro se distrae de su éxito por una ráfaga de viento, que sugiere el fallecimiento de Naoko. En el verano de 1945, después de que Japón perdiera la Segunda Guerra Mundial, Jiro vuelve a soñar con Caproni, lamentando que su avión fuera utilizado para la guerra. Caproni le consuela diciendo que el sueño de Jiro de construir un hermoso avión se hizo realidad. Naoko aparece, animando a su marido a vivir su vida al máximo.