电视剧《一起深呼吸》主要讲述了正在其他国家服务的中国援外医疗队临危受命，为一场灾难性的爆炸事件提供援助。在中国援外医疗队即将回国的时候，却突然得到了一个消息，一座华人矿场突然发生了爆炸，而且死伤惨重，里面的员工正在等待别人的救援，在当地政府的协调下，救援队参加了此次行动。
当他们来到现场的时候，却发现另外一个华裔医生丹尼斯也来到了这里，不过他却不是为了给别人做治疗，而是想要寻找失踪多年的女友凯莉。出于职业的本能，丹尼斯不得不和医疗队一起投入了抢救工作，可是因为文化背景的差异，他和救援队的医生发生了巨大的矛盾与冲突。
要知道医疗队的医生大多都是国内各个医院调来的精英，因而他们中间还有刚开始工作的男护士，丹尼斯又是军医出身，对于一些事情，他总是抱着冷静又客观的态度。有些患者在生命有危险的情况下，丹尼斯总是建议采取极端可怕的治疗方式，这让医疗队的医生对他非常不放心。
加上救援的情况不容乐观，冲突也一次又一次的爆发，虽然几个人都在努力的妥协，但是最后还是闹出了很多的问题。就在这个过程中，黑心的富商也出现了，他利用自己的势力，频频给医疗队设置难题，几个人也终于同心协力走到了一起，和黑心富商展开了较量。
在最后的大结局里，医疗队和丹尼斯的救助计划圆满成功，获得了当地人民的尊重，还用自己高超的医疗技术阻止了一场可怕瘟疫的爆发。经过了种种磨炼以后，丹尼斯和周郁在治疗别人的同时，也治疗了自己，决定放下过去的一切，重新开始自己的新生活。
