Боевую машину летчицы Анны Петровой сбивают во время выполнения задания. Героиня фильма «Расправляя крылья» со своим напарником, которым был ее любимый человек, воспользовались парашютами, при этом девушке не вполне удачно, ценой тяжелой травмы позвоночника, удается добраться до Земли, а вот мужчину фашистский ас беспощадно расстреливает в воздухе. После госпиталя Анну направляют на авиазавод, где она участвует в создании принципиально нового боевого самолета, пытаясь в свободное время улучшить свои физические кондиции после ранения. Для проведения испытаний в боевых условиях на предприятие прибывают два летчика, одного из которых вскоре помещают под стражу из-за утери табельного оружия. Так как на линию фронта необходимо переправить два самолета, вторым пилотом вызывается стать Петрова. Героиня со своим новым напарником прибывает в боевую часть, где ей вскоре удается блеснуть летными навыками, после чего ее зачисляют в списки подразделения. Тем временем о появлении на фронте новой техники становится известно противнику.

Задание добыть экспериментальные образцы получает именно тот немецкий ас, который когда-то безжалостно расправился с любимым человеком Анны. Девушка тоже узнает об этом, и противостояние между мастерами авиационного боя приобретает по-настоящему принципиальный характер.