1949年5月,中国人民解放军某部八连在参加解放上海的战斗之后,随即接受了警卫上海南京路的光荣任务。
三排长陈喜在进驻南京路后,放松了警惕,受到资产阶级“香风”的熏染,忘记了我军艰苦朴素的革命传统,还说班长赵大大黑不溜秋靠边站。妻子春妮从乡下来部队探望他,他却嫌弃妻子太土气。新战士童阿男不请假就与同学到国际饭店吃饭,连长批评了他,他一赌气,留下一张字条,扬长而去。
班长赵大大怎么也看不惯这大上海,闹着要到有仗打的地方去。
另一方面,特务正在酝酿破坏行动。就在童阿男离开连队,准备和他的同学林媛媛去南京投考军政大学时,她姐姐童阿香却遭到特务分子的谋害。幸亏路华、鲁大成及时搭救,逮捕了特务阿七,阿香才危为安。通过这件事,战士们认识到南京路上绝非“太平无事”。指导员路华因势利导,请来老工人周德贵和童阿男的母亲,讲述了他们解放前的苦难遭遇及斗争经历,激发了战士们的革命斗志。童阿男又决心听党的话,做毛主席的好战士。陈喜也在指导员的耐心帮助下,认识到资产阶级的毒害,看到了妻子春妮写给指导员的信,更是悔恨不已。他要求组织上给他处分,决心痛改前非。
半年以后,特务老K和曲曼丽不甘心失败,继续策划破坏活动。在上海人民举行春节联欢的时候,他们利用林媛媛的表哥、罗克文,将装有炸弹的鲜花带入庆祝会场。关键时刻,童阿男抢过将罗克文手中的鲜花,避免了爆炸事件。特务老K、曲曼丽也落入解放军布下的天罗地网。
影片《霓虹灯下的哨兵》根据沈西蒙的话剧改编,原型是大家熟悉的“南京路上好八连”。影片将话剧中两条并置的情节线作了调整,把对敌特斗争的线索处理为背景,将镜头主要对准部队内部的思想斗争。将陈喜、童阿男、赵大大事件等多组矛盾冲突交织在一起,充分展示了主题。
《霓虹灯下的哨兵》是由现代话剧改编成的影片中比较成功的一部。这一方面得益于剧中多层面的矛盾设置。影片中的几个有情趣、有特色的人物,如连长鲁大成、三排长陈喜、班长赵大大、新战士童阿男,尤其是春妮纯朴真挚,她用画外音读出的写给丈夫陈喜的信更是催人泪下,给观众留下深刻印象。