Film sur le destin et les exploits du célèbre pilote soviétique Valéri Tchkalov (1904-1938), Héros de l'Union Soviétique, qui en 1936-37 accomplit avec son équipage un vol sans escale de Moscou à l'Extrême-Orient soviétique, survolant le pays d'ouest en est sur plus de 9000 km. Ensuite il réalisa un vol transcontinental de Moscou aux USA (Vancouver) en passant par le Pôle Nord.
Le jeune Valéri Tchkalov, né sur les bords de la Volga, a déjà une solide réputation de casse-cou dans les airs. C'est le pilote le plus habile mais aussi le plus indiscipliné du groupe basé à Léningrad. Un jour, l'escadrille se voit confiée une mission délicate et complexe, retrouver le navire de ligne "Marat". Tchkalov, qui était aux arrêts, est réveillé. Malgré un brouillard épais, il réussit. Mais ensuite, par jalousie et bravade car il se croit trahi par sa fiancé, il passe sous les arches du pont Troïtski. A cause de cette faute grave, il est licencié. Après un court séjour dans son village natal et une intense réflexion, il décide de tout faire pour retrouver sa place. Soutenu par la compréhension sensible et l'aide amicale de ses camarades, Tchkalov devient pilote d'essai. Peu de temps après, il doit démontrer concrètement les qualités d'un prototype d'avion de chasse que des spécialistes mettent en doute. Les figures acrobatiques et les loopings vertigineux du pilote effraient le directeur de l'usine qui demande à Ordjonikidzé, le Commissaire du Peuple à l'industrie, de venir à l'aérodrome. La voiture du Commissaire arrive juste au moment où l'avion de Tchkalov, retourné sur le dos, s'écrase au sol. On retire Tchkalov des débris mais il maintient que c'est un bon engin. Et il est prêt à le prouver.
Arrive le jour de la fête de l'Aviation Militaire à Moscou. Des dizaines de milliers de spectateurs se pressent à l'aérodrome de Touchino. Dans un "combat" aérien, Tchkalov démontre brillamment la manoeuvrabilité et les possibilités techniques du nouvel appareil. Mais à la dernière minute, la chance l'abandonne : une roue se coince. Au prix d'efforts surhumains, il fait montre de sa parfaite maîtrise : il multiplie les figures dangereuses et réussit, en secouant l'avion, à débloquer la roue. Il se pose sans encombres. Un tonnerre de "hourras" monte de la foule. Staline, Ordjonikidzé et Gorki félicitent Tchkalov.
Grâce à leur solide expérience, Valéri Tchkalov et ses camarades Baïdoukov et Béliakov effectuent le vol sans escale "Moscou-île Udd". Puis, portés par les ailes de leur avion, les valeureux pilotes couvrent de gloire leur patrie soviétique en survolant le Pôle Nord et le continent américain. Le vol transcontinental est achevé. Tchkalov et son équipage reviennent triomphants à Moscou.
