Cuando una plataforma petrolífera de Amacore en el desierto de Gobi (Mongolia) resulta improductiva, el capitán Frank Towns y el copiloto A.J. son enviados a cerrar la operación y transportar a la tripulación (el ejecutivo de Amacore Ian, el supervisor de la plataforma Kelly, Rodney, Davis, Liddle, Jeremy, Sammi, Rady, Kyle, Newman y el Dr. Gerber) fuera del desierto. Sin embargo, de camino a Pekín, una gran tormenta de polvo inutiliza un motor, lo que les obliga a realizar un aterrizaje forzoso de su C-119 Flying Boxcar en una zona inexplorada del desierto de Gobi. Kyle cae al vacío y el accidente mata al Dr. Gerber y a Newman. Su carga consiste en piezas y herramientas usadas de la plataforma, la tripulación de la misma y Elliot, un autoestopista. Cuando termina la tormenta de polvo, se hace evidente que están a 200 millas (320 km) de su ruta y con sólo un mes de suministro de agua. Jeremy piensa en ir a pie a buscar ayuda, pero Rady le explica que julio es el mes más caluroso en el Gobi y que no lo conseguirá.

En medio de la noche, Davis sale a orinar sin informar a nadie, tropieza, se pierde en una tormenta de arena y muere. El grupo entra en pánico tras una búsqueda fallida, y Kelly discute con Frank, que dice que salir a pie del desierto sería un fracaso y que su única opción es esperar el rescate. El grupo está inicialmente de acuerdo, pero lo reconsidera después de que Elliot, que dice ser ingeniero aeronáutico, proponga una idea radical: reconstruir los restos de su C-119 para convertirlo en un avión funcional. Frank se niega inicialmente, lo que provoca que Liddle se aleje por su cuenta en señal de protesta. Frank intenta encontrarlo. Se encuentra con un valle plagado de restos, la carga del avión, que se desprendió al abrirse la cola. Entre los escombros descubre el cuerpo despojado y acribillado de Kyle. Liddle dice que sólo volverá con él si construyen el avión, y Frank acepta.

Durante varias semanas se esfuerzan por construir el nuevo avión, entre tormentas de polvo, falta de agua y peleas entre el grupo. Rady lo bautiza como Phoenix, en honor al legendario pájaro. Un problema surge cuando un grupo de contrabandistas acampa en las cercanías; cuando Ian, A.J. y Rodney intentan comunicarse, los bandidos matan a Rodney e intentan matar al grupo para evitar que expongan sus operaciones de contrabando, pero mueren en una corta y feroz escaramuza al ser emboscados por Frank. Más tarde, se revela que la experiencia de Elliot en el diseño de aviones se ha limitado al diseño de maquetas, para enfado de todos, especialmente de Ian, que amenaza con disparar a Elliot. Sin embargo, finalmente consiguen construir el nuevo avión y despegar, apenas a tiempo de escapar de un grupo más numeroso de bandidos que buscan venganza por los contrabandistas asesinados.

A través de una serie de fotos, vemos qué ha sido de los supervivientes cuando han conseguido volver a la civilización. Todos han sido revitalizados por la experiencia y tienen vidas felices: Frank y A.J. montan su propia aerolínea (apropiadamente llamada Phoenix Aviation), Sammi y su mujer montan su propio restaurante (Jeremy y Rady están allí para celebrarlo), Liddle se reúne con su mujer y sus hijos, Ian se convierte en golfista profesional, Kelly es jefe en una plataforma petrolífera en el océano y Elliot aparece con un traje de vuelo en la portada de una revista Flight International con el titular: "¿La nueva esperanza de la NASA?"