又一年清明将至，自幼生长在孤儿院且性格张扬跋扈的美丽女孩杨洁接到一封信，信中称久未相见，邀她回来探望，并随信附上一张开往清明站的火车票。为了一探究竟，她决定登上那列神秘列车。列车诡异阴森，气氛肃杀，列车长表情捉摸不定，似有隐情，而在餐车做饭的疯女则将杨洁认成自己的女儿，大受惊吓。所幸她在途中邂逅了英俊帅气的红毛。给她以短暂而虚幻的安慰。

1960年代，一列满载各界旅客的502次火车徐徐开往江城。列车乘务组由十三个年轻姑娘组成，共产党员裴兰英（卢桂兰饰）是列车长。入夜，骤起狂风，往火车站赶车的解放军某部林营长（盛林中饰），发现一棵被风刮倒的大树横卧在铁轨上，他搬了几次，大树纹丝不动，却被飞来的石块击中头部，他昏迷过去。502次眼看开过来了，苏醒过来的林营长顽强地站在路基上，用手电筒发出紧急停车信号。列车停稳，他被抬上列车，经医生检查发现，他伤势严重，需尽快手术。裴兰英紧急请示铁路局，要求将502次列车改为“特快列车”，抢救林营长的生命。

圣诞老人真的存在吗？当玩伴和家人坚持他只是虚构的，任何儿童都会产生怀疑。但是，一个小男孩(乔什·哈切森配音)的坚持终于获得了回报。圣诞前夕，他在恍惚中睡着，忽然地板开始颤抖，桌上的器皿哗哗作响，随着汽笛声呜呜长鸣，一列神秘的火车停在门前，他紧张地打开房门，看见一个和蔼的列车长(汤姆·汉克斯配音)，列车长邀请他乘车旅行，前往北极参加圣诞庆典。　　小男孩惊讶极了，惴惴不安地答应下来，登上火车后，他又发现更多的小伙伴，大家在一起开开心心，经历了一场难忘的旅程。火车的终点站终于到达，孩子们欢快地跳下火车，北极城的

信则灵。小男孩始终坚信圣诞老人的存在，但周围的大人和玩伴都认为这只是他天真的一厢情愿。圣诞前夕，小男孩终于因为他的坚持而得到了回报，睡梦中的他忽然感到屋子颤抖起来了，一列长长的火车停在了他的家门口。当他战战兢兢打开房门时，和蔼的列车长邀请他参加北极的圣诞派对。