19世纪20年代末，日本军国主义分子正准备发动侵华战争。极右组织“金菊应援团”在京都大学策划驱赶中国留学生，被霍元甲的弟子陈真打得落花流水。陈真为完成师父的志愿，到东洋学先进技术。校园惩奸、陈真经情人山田光子介绍，结识日本空手道大师船越文夫，两人相见恨晚。此时传来霍元甲在虹口与芥川比武时身亡的噩耗，陈真即告别光子，返回上海。陈真见过霍元甲之子，精武馆主持霍廷恩，步入师父灵堂，一拳打碎师父手书“忍”字牌匾，去找芥川挑战。霍元甲好友农劲荪阻拦无效，去巡捕房找巡捕解元魁平息争斗。
《精武英雄》的开头，陈真在虹口道场遭到十几个空手道学员的围攻。陈真旋风般地往来纵横，转眼间将十几人打倒在地。招招料敌机先，后发先至，毫无花巧。对手一记腾空飞踹，陈真只是轻轻让过，以手臂扫在他的另一条腿上，使其失去平衡翻坠而下。一记简单的截踢，便可以破坏对方繁杂的招式，诸如此类，把中国武术以小胜大，截拳道自由无羁的思想发挥的淋漓尽致。
接着和芥川龙一比武，两人一亮拳架，高下立判，可以说不必比了，介川是举轻若重，陈真则是举重若轻。势大力沉的空手道打法在游戏般的拳法面前有力使不上，进则无可奈何，退则连连挨打。在后来的三场比武中（对严谨平实的霍廷恩，稳健威猛的总教头，霸道强悍的藤田刚），截拳道的自由思想都表现得淋漓尽致，极富陈真的创造力。黑龙会总教头是以武入哲的智者的代表，作者借他之口说出了自己的思想，俯拾皆是。“我可没有见过石头会打人。”“只有野兽才会决斗。”“要想杀人，最好的办法就是用手枪，搏击的目的，是把自己的体能和精神推向极限，你要达到这一步，就要了解宇宙苍生。”“是武学的修为，而不是杀人的伎俩。”而整部影片也在用一场场的比武极力表现这些思想。