《两个小八路》主要讲述了在硝烟弥漫的抗日战争时期，孙大兴和武建华这两个小八路成长为英勇的革命战士的故事。1942年，年仅十三岁的小八路孙大兴的爸爸孙连长在战斗中牺牲了，孙大兴悲痛万分，他发誓要为父亲报仇。在一次行军的过程中，孙大兴因为思念父亲而一时溜号，意外摔到山沟，导致腿部受伤，无法继续前行。组织决定派小卫生员武建华护理孙大兴，到我地下党员家中养伤。于是，大兴和小武分别以木匠靳锡五的小学徒和刘大爷的外孙的身份在刘集隐蔽下来，并协助地下党员开展革命工作。
1943年，八路军小战士孙大兴腿部受伤，组织决定派小卫生员武建华护理孙大兴，到敌占区我地下党员家中养伤。于是孙武两人便以木匠靳锡武的小学徒和刘大爷的外孙身份在刘集隐蔽起来。日伪军强拉民夫，在田镇长家囤积粮食。
大兴和小武乘夜色钻进田镇长院内，放火烧了敌人的粮囤。他们的冒险行动打乱了组织的安排，受到了严厉的批评。日寇蓄谋更大的扫荡计划。一天，刘集的伪军中队突然开走，随即开来了一支莫名其妙的日军。
老靳带着大兴和小武，摸清了敌人的真正意图。紧要关头，大兴毅然决定自己留下吸引敌人，让小武带情报向部队奔去。独立三团得到小武送来的情报，立即行动部署战斗。敌人遭到了歼灭性打击。
