種子島宇宙中心，火箭塞壬號發射失敗，作為引擎的研發者，宇宙火箭研究員佃航平(阿部寬 飾)引咎辭職，回去繼承父親的工廠佃制作所。七年后，在航平領導下，工廠的營業額翻了三倍，但是，由于航平仍醉心于開發可用于宇宙飛行器的高精度引擎，所以工廠的資金狀況不容樂觀。盡管因身份問題遭人誤解，由白水銀行派駐工廠的財務部長殿村仍不顧嫌疑，向航平提出暫時停止周期長、見效慢的高精度零件的開發，以通過銀行的貨款審核，航平不允。

不久，曾模仿佃制作所專利的大型企業中島公司利用法律漏洞，起訴佃制作所侵權。雖然佃制作所并無過錯，但航平的法律顧問不熟悉相關技術，準備也不充分，與中島公司的代表律師中川的第一回合較量就落了下風。航平無奈準備換律師，但各大事務所均不敢得罪中島公司與中川。經前妻沙耶介紹，航平聘請了神谷律師。神谷曾在中川所在的田村大川事務所工作，對其作風十分熟悉。

神谷先讓航平防羊補牢，盡快更新所有專利申請，然后提醒航平，對方意在拖垮佃制造所，這場官司會持續一年半到兩年，如果得不到足夠的融資，佃制作所將撐不到官司結束。此時，由于中島公司作祟，佃制作所的客戶紛紛取消訂單，各金融機構亦拒絕提供貸款。即使殿村以犧牲作為銀行職員的退路為代價，提出動用在白水銀行的定期存款，也只是杯水車薪，工廠半年后就將倒閉。神谷帶來對方的和解提議。中島公司要求航平讓渡51%的公司股權，即佃制作所成為中島的子公司。原來，中島公司的真正目標是佃制作所的技術。如果不接受對方的提議，航平就必須在三周內籌到三億元周轉資金以確保工廠能撐過兩年，否則就將面臨裁員、倒閉的下場。

下町火箭劇照

在工廠內部，營業部門與技術開發部門的員工爆發沖突。站在經營者的角度，為了工廠和員工考慮，航平只得忍痛暫停技術研發。然而，即使如此，銀行仍拒絕貸款。眼看已到山窮水盡的境地，航平決意接受和解，這樣一來，工廠的員工都能保住工作。但是，殿村懇求航平不要放棄。作為銀行職員，他見識過幾百個大大小小的公司，他認為佃制作所是個好公司，真心實意想保住它。看到這一幕的神谷律師提出了最后的辦法——反訴訟。與此同時，在帝國重工的火箭裝配工廠，完全采用日本自主研發技術的出云火箭即將于一年后發射。對于計劃成敗至關重要的新型閥門控制系統的實驗好不容易成功了，但技術專利申請卻出了問題。