События исторического сериала «Катюша» разворачиваются в последние месяцы Великой Отечественной войны. Во время очередного наступления бойцы Красной армии находят на линии фронта раненого солдата. Он одет в советскую форму без знаков отличия, а из-за контузии полностью потерял память. Проверка в Особом отделе показывает, что это один из лучших советских разведчиков майор Егор Петров. Месяц назад он со своей группой ушел на выполнение задания, которое, судя по всему, провалилось. Петрова хотят отправить в госпиталь, но он просится в строй. Военное руководство дает Егору должность попроще – командира инженерно-санитарной роты, состоящей из женщин. По понятным причинам уже бывшая командир девичьего взвода Катюша Голикова воспринимает появление майора Петрова в штыки…