中国人民解放军与国民党军队的战斗空前惨烈。九连连长谷子地接受了一项阻击战的任务，他与团长约定以集结号作为撤退的号令，如果集结号不吹响，全连必须坚持到最后一刻。
《集结号》讲述这样一个故事：
1948年的淮海战役，中国人民解放军与国民党军队的战斗空前惨烈。九连连长谷子地接受了一项阻击战的任务，他与团长约定以集结号作为撤退的号令，如果集结号不吹响，全连必须坚持到最后一刻。一座废弃的旧窑场里，47名战士奋勇厮杀，终究火力悬殊寡不敌众，谷子地亲眼看着战友们一个个死去却无能为力。排长焦大鹏是谷子地的左右手，他在临死之前说自己听到了集结号响，让谷子地带着仅剩的几个弟兄撤退，战士中有人附和有人反对，大家对此产生了分歧。谷子地此时发现友邻部队早已撤退，他怀疑是自己忽略了号声，导致战友们枉送性命。强烈的震惊和内疚之下，他携带炸药包奔出窑场只身前往敌军战壕。其余战士最终全部阵亡。
谷子地受伤后却被解放军当作敌军士兵俘虏。在后方的医院里他才得知，自己原来的部队番号已经取消，他不仅难以证明自己的真实身份，甚至战死的47个弟兄都将被视为失踪者……谷子地设法加入解放军炮兵部队，跟随队伍的步伐南征北战，他生存的唯一动力只是为死去的战友
找回应有的荣誉。即使时光飞逝事过境迁，即使历史已渐渐被人淡忘，那刻骨铭心的兄弟情谊却丝毫不减，在谷子地的脑海里，永远鲜活的是自己那些兄弟们的影像：王金存，焦大鹏 ，姜茂才，吕宽沟等。
可怜无定河边骨，犹是深闺梦里人。与谷子地一样执着寻找的还有孙桂琴，指导员王金存的妻子。直到遇到谷子地，她才确信自己的丈夫早已战死他乡。蒙受冤屈的两人有着共同的哀伤与信念，他们一起踏上了求证之旅。谷子地把孙桂琴介绍给自己在炮兵部队时的挚友赵二斗，见证他们喜结良缘。
影片总投资达八千万人民币，但所有演员的片酬才一百万。
片中有一场很感动的戏，汤嬿和张涵予、邓超对台词时就已经热泪盈眶，非常投入，弄得冯小刚导演在一旁倒担心起来，边叫好边说，“你们悠着点，别明天真拍时眼泪都没了啊。”
在条件艰苦的片场，演员们克服了很多困难，因为没有厕所，女工作人员都不敢喝水，每天嘴都是干裂的。
《集结号》在沈阳拍摄时，迎来了赵本山的探班。沈阳是赵本山的老家，为尽地主之谊，他买了100斤大苹果亲自送到《集结号》剧组，慰劳工作人员。
演员们早上4点起来化妆，不过8点才能开工，然后拍到下午4点就收工了，因为宽甸的天黑得很早。结束了一天的拍摄，冯小刚晚上9点多想找人聊天，结果发现整个走廊里的房间都静悄悄的。平时属于“夜猫子”的演员们，在《集结号》剧组里养成了早睡早起的好习惯
冯小刚语录：哪怕所有的女性都抛弃我们，《集结号》能不能赢得那些男性观众的肝胆相照？过去拍的喜剧好像都缺了阳刚之气，现在这部电影里有。
邓超回忆拍片时的三大挑战，“那场戏导演要求我们体验并演绎‘冷’的感觉。于是我们在东北宽甸零下几十度的环境中、在寒彻心肺的风雪中站立，默默体验，直到手脚全都麻木。”
第二个是，“影片中有一个一秒的手部特写，但是我觉得自己的手不够糙。后来我想到个办法，就是用当地的沙土来磨手，直到把手背都磨破了。虽然痛到不行，但是粗糙的效果却达到了。”
“影片中讲述的故事发生在东北，东北人爱吃大葱卷饼是出了名的。但因为我是南方人，饮食差异很大，对那个味道实在不习惯。在一场戏中，导演为了追求完美，反复拍了好几次，于是我也吃了不下10个大葱卷饼。吃到后来实在难以下咽。但是为了使镜头更加真实自然，我还是装作吃的津津有味，直到导演说OK！”
2004年韩国电影《太极旗飘扬》取得重大成功，其爆破场面逼真而叫人震撼，因此冯小刚导演特别邀得部份《太极旗飘扬》的幕后制作团队参与《集结号》的拍摄
《集结号》与《太极旗飘扬》的题材皆关于中韩两国于二次大战后因意识形态分歧下所导致的惨烈内战（1946年-1949年中国内战及1950年─1953年抗美援朝战争）。同时中国及朝鲜半岛皆为到目前为止尚未达成统一的国家/地区。
穿帮镜头
1.战斗结束后，焦大鹏进屋向谷子地回报伤亡情况，他把枪放在台子上，这时可以看到台子上并没有什么东西。可是当镜头一转，台子上多了一个茶壶。可当镜头再一转，那个茶壶又不见了。
2.在朝鲜战场上，赵二斗不慎踩着地雷，这是你可以看见他钢盔上的雪只有一点点。可是谷子地过去查看的时候，钢盔上的雪突然变多了。为了解救二斗，谷子地不顾个人危险按住了地雷。这时，可以看到他左肩上挂着一个东西。可在特写镜头时，那个东西又不见了。既然老谷踩着了地雷，那又是谁把它拿走了呢？
3.战后谷子地一直不懈地找9连的弟兄，他来到一个煤场，并在这里工作。有一天，他只身要在煤堆里去找牺牲的9连弟兄，被一个煤矿工拦住。老谷一把将他推倒在地。这时，可以明显的看见，那个工人头上的帽子翻掉了。可是镜头一转，那个帽子又奇迹般的戴在这个工人的头上。
4.由于前期没有将王金存计入，所以影片的最后，当二斗媳妇打开通知书念给老谷听时，通知书上写着“46名同志”，后期配音更改为：孟世玲等47名同志”。
5.在汾河阻击战时，出现了两辆当时国民党根本没有装备的美国M26潘兴坦克。
6.在汾河阻击战时，谷子地用德国造老式山炮一炮命中M26坦克正面装甲并将其击毁。这是绝对不可能的，因为M26潘兴坦克是美军当时最先进、装甲最厚的重型坦克，除当时最好的反坦克炮：英军的17磅反坦克炮和德军的88毫米高射/反坦克炮能一炮击穿其正面装甲外，没有任何一种炮可击穿其正面装甲，更何况是一门老式德国山炮？难道我们敬爱的谷子地同志是传说中的无敌神炮手？而且M26潘兴坦克并非原版，而是用62式轻型坦克改装的，那辆谢尔曼坦克也是用62式改装的，看负重轮即可。
7.9连在开头时大部分都是自动火器（指导员用的就是英司登式冲锋枪）对方国民党军还有勃朗宁通用机枪（投降了应该都被缴获了吧）可是在汾河阻击战时，9连只有2挺轻机枪和两挺团长给的重机枪，战士却都用中正式步枪，那开头的自动火器和缴获的国民党武器去哪啦？
8.影片后段回放汾河阻击战，是谷子地亲手将炸药包的引信交给王金存，以“不能让战友尸体落到敌人手里”的奇怪理由，竟然要求王引爆自杀，这时的王金存只是负伤，谷完全有可能救他走或者一起跟敌人拼命，即使要炸尸也没必要把王搭上。另外，谷对如何处理战友尸体曾经说过：“东一个西一个的撩在雪地里，当心让炸弹给轰碎了，轰碎了就捏不到一块了”，但最后却是他自己命令王用大爆炸的方式将全部遗体炸碎。这样一来，解放后应该也不可能找到完整的遗体了，但影片中似乎又全部找到了。是谷命令王引爆自杀的，他见到王的媳妇却说：王是被一个石片大小的弹片击中要害而牺牲的，明显属于欺骗。
9 纹河阻击战，姜茂才击毙国民党手拿苏制手枪指挥官时，被击毙者不会在头部中枪后还发出惨叫声，因为被击毙者脑部中弹不会再出任何声音。类似的镜头有《兄弟连》第3集卡林坦战斗中E连狙击手西福帝击毙德军枪手的镜头，枪手被击中后悄无声息的挂了。
10.在授予9连奖章时，军分区司令员将奖章佩戴在了谷子地胸前口袋处，但镜头跳转后，奖章竟然向上移了一部分。
11.在本剧中开始时谷子地在叫焦大朋去探路并掩护的时候所用的步枪在拉动枪栓时没有子弹或弹壳跳出，因为手拉式步枪在枪内无论有没有子弹或有没有击发时拉动枪栓都会跳出弹壳或子弹但谷子地在拉动时没有跳出子弹或弹壳，可想当时那把步枪里没有子弹
12.在最后打仗的时候，谷子地被炸伤了耳朵，说话需要喊才能听见。但在他让王金存炸洞口的时候，王金存在窑子里用正常的声音报告伤亡，谷子地却听到了，并说的不让尸体落到敌人手里。
13.谷子地接受团长命令之前正在吃饭，此时他的左边太阳穴向上明显有一条很长的疤痕。等他在第三野战军医院吃粉条的时候，这条疤痕不见了。再等他退伍后进入赵二斗团部当勤务工和军官们喝酒时，这条疤痕又出现了。两个县领导审查谷子地战场行为问题后，他从房间出来，这条疤痕又不见了。