善良美丽的蒙族姑娘金花是内蒙草原上的一朵鲜花。性情豪爽的蒙族青年迪鲁瓦深深地爱着金花。汉族青年丁世雄祖籍辽宁，从小即随贩马为生的父亲旅居蒙族地区。丁世雄和金花的哥哥郎桑是好朋友，所以经常到他们家做客。日久天长，金花一往情深地爱上了世雄。某晚，郎桑家举行家庭晚会。世雄父子、迪鲁瓦父子以及王爷府保安队长柳德三都被邀来做客。席间，迪鲁瓦见金花和世雄一直在亲昵地交谈，不由得妒火中烧挥刀向世雄砍去，迪父见状急忙上前将刀挡下。不久，迪鲁瓦的姐姐罗尔姬娜被王爷府征去服役。抗日战争爆发，潜伏在蒙古草原近二十年的日本特务长开始活动了。他操纵了糊涂软弱的王爷，将特务机关设在了王爷府里。他化名济克扬，假扮成喇嘛，利用谣言扰乱人心，大肆进行破坏活动。济克扬得知迪鲁瓦与丁世雄心存芥蒂，便趁机在迪鲁瓦那里竭力挑拨离间，想借此挑起蒙汉两族人民之间的矛盾。鲁莽的迪鲁瓦果然中计，几次要对世雄动武。郎桑觉察到了其中的阴谋，将迪鲁瓦阻止了。济克扬恼羞成怒，派特务将郎桑绑架，并藉此再一次挑起蒙汉两族间的矛盾。服役于王爷府的罗尔姬娜暗中侦察，发现了济克扬的真实身份以及他所策划的这一绑架阴谋，并摸清了关押郎桑的地点。与此同时，罗尔姬娜以蒙汉两族团结抗日的大义，争取了王爷府保安队的反正。罗尔姬娜将这一切都如实地告诉了迪鲁瓦，劝他不要再糊涂下去了。迪鲁瓦猛醒了，主动与丁世雄言归于好。二人消除了芥蒂，联手动员蒙汉两族人民团结起来，围攻王爷府合力营救郎桑。特务长见自己的身份已经暴露，狗急跳墙，企图占据王爷府进行最后的抵抗。不料王爷府的保安队早已反正，与迪鲁瓦、世雄带领的蒙汉两族人民里应外合，击毙了特务长，摧毁了日本特务机关。然而金花却在激战中不幸中弹。她望着尽释前嫌并肩作战的迪鲁瓦和丁世雄，含笑逝去。
1937年，全面抗战爆发前夕，剧作家阳翰笙根据画家沈逸千的出塞经历编写出电影剧本《塞上风云》，但因为“八一三”淞沪抗战爆发，没有来得及拍摄成电影。不久，阳翰笙应赵丹的请求，将电影剧本改编成同名四幕话剧剧本，由赵丹、叶露茜夫妇主演。直到阳翰笙在重庆担任国民政府军事委员会下属的中国电影制片厂编导委员会主任委员的时候，《塞上风云》一片的拍摄才得以重新摆上议事日程，决定由应云卫担任影片导演。
因片中有大量外景，应云卫组织西北摄影队，1940年1月启程到内蒙古实地拍摄。经中共地下党安排，摄影队取道延安前往内蒙，以便有机会在延安参观学习。国民党地方官员为阻止摄影队进入延安，挑拔摄影队内部关系，几乎引起工作人员之间的殴斗，后来应云卫说服受欺骗而动摇的队员们，才使得队伍继续前进。
《塞上风云》剧组到达伊克昭盟的扎萨克旗拍摄外景时，却遭到当地人的冷遇。原来，在剧组到达前，蒙奸就散布谣言说剧组是来剪蒙古族妇女辫子的，所以当地人对剧组怀有戒心。为了消除障碍，女主角黎莉莉带头扎起辫子，戴上蒙古姑娘的头冠，陈天国、舒绣文等人也想方设法在装束和生活习惯上与蒙古族同胞看齐，终于逐渐获得了当地人的信任并增进了感情。
因为内蒙缺水，没有条件洗印胶片，剧组把在外景地拍好的样片送回重庆冲洗。但适逢皖南事变发生，剧组寄回重庆的样片被烧毁。剧组怀疑是国民党当局搞的鬼。为了使样片免于受破坏，摄影师王士珍用药棉和纱布搭在脸盆沿上滤水，克服缺乏清水的困难，在内蒙当地把样片冲洗出来。
剧组回重庆拍内景时，国民党当局以缺胶片、摄影棚没有空、电力不足等理由阻挠拍摄，剧组往往一等到有一点胶片就连夜开拍，因为只有晚上才能用电，他们常常通宵工作，终于在1942年完成影片。
《塞上风云》是一部表现民族团结抗日的优秀影片，故事曲折动人，在思想上、艺术上都达到当时较好的水平。影片所表现的加强民族团结、共同抗日的思想，有着重大的现实意义，体现出了中国共产党的民族政策，发挥了动员各民族团结抗战的作用，也揭示了争取民族解放与反对阶级压迫斗争的一致性，继承与发展了20世纪30年代爱国主义电影的传统。它通过爱情纠葛、民族矛盾、敌我斗争的有机揉合与交错发展，塑造了一批爱国的蒙汉两族青年形象。影片的主题歌对深化主题起了很好的作用。导演成功地体现了剧作的思想内容和艺术风格。影片故事情节展开得自然，真实，结构也相当完整。对于一些生活场景的描写，表现出了浓郁的地方特色和民族风情；对战斗场面的表现，创造了气势磅礴、激动人心的情境。影片结尾蒙汉民族团结对敌，分三路进攻公爷府的戏，运用了交叉蒙太奇，以短镜头相接，使影片的节奏由慢到快，气氛由弛到张，并注意从各种角度拍摄马队奔驰的情景，可谓场面壮观，气势宏伟，将全片推向高潮，给观众情绪以振奋和鼓舞。（北京电影学院副教授
封敏评）