Действие фильма разворачивается на Красногорской железной дороге. Поскольку пропускная способность данного отрезка железной дороги значительно ниже необходимой, участок загружен сверхмеры. Постоянно курсирующие пассажирские и грузовые поезда зависят от профессионализма диспетчера Бойчука, который регулирует Красногорскую железную дорогу. Однажды на его участке происходит сбой, который приводит к серьезной аварии. Пострадали люди, вышла из строя техника. Есть ли в случившемся вина одного человека или здесь замешаны все причастные к управлению железной дороги? Производственная драма «Магистраль» снята по мотивам повести В. Барабашова «Жаркие перегоны».
Сельский шофер Паначук, спешащий на своем грузовике в районный центр Горск, подобрал по пути несколько пассажиров. На дороге, по которой ехал Паначук, случилась авария — на «Москвиче» разбился поселковый доктор. Тем временем в милицию поступает анонимное письмо, обвиняющее в аварии Паначука. Следователь уже готов предъявить обвинение, но тут выясняется личность «анонима» и некоторые подробности его личности. Прокурор Чижов решает приостановить обвинительное заключение и дорасследовать дело об аварии.