19 Eylül 1930 günü, Ağrı’ya bağlı Karaköse’deki bir kasabada yer alan askeri hava alanına görevden dönen dokuz uçak iner. Teğmen Celal’in kullandığı uçak, inen bu filonun içinde değildir. O, dağlardaki eşkıyaları ortadan kaldırmak için yapılan bu operasyonda Filo Kumandanı Nuri’nin geri çekilme emrini dinlememiş, intihar saldırısı yapmıştır. Bu üzücü olay binbaşıya aktarılırken Teğmen Celal’in uçağı görünür, birkaç dakika sonra da zorlu bir iniş yapar. Teğmen, başına isabet eden kurşunla ağır yaralanmıştır. En yakın arkadaşı İsmail’e annesi ve kız kardeşini emanet ederek son nefesini verir.
Bir hafta sonra Teğmen Celal’in yerine İstanbul’dan Üsteğmen Adnan gelir. Üsteğmen Adnan, Binbaşı İhsan’la tanıştığı sırada eşkıyalarla çatışmaya giren filo geri döner. Teğmen Sermet yaralanmış ve hastaneye kaldırılmıştır. Binbaşı İhsan, Sermet’i ziyaret ettikten sonra Adnan Beyi diğer subaylarla tanıştırır. Geriye Adnan’ın kalacak yer sorunu kalmıştır. O da, Sermet’in misafir olduğu Mahmut Efendide kalması kararıyla çözümlenir. Ancak Sermet’in tek bir şartı vardır: Âşık olduğu Mahmut Beyin kızı Nerime’ye yaralandığının söylenmemesi. Adnan da kıza Sermet’in üç günlüğüne Ağrı’ya acil bir görev için gönderildiğini söyleyerek sorunu çözer. İki hafta sonra Sermet iyileşmiş, Nerime’yle nişanlanmıştır.
Bir gün Adnan, Sermet ve Nerime uçakla Ağrı Dağı üzerinde gezmeye karar verirler. Nerime, ABD’de sosyoloji eğitimi almış ancak şimdi eşkıyaların arasında yaşayan Şeyh Fuat’ın kızı Zeynep’in bulunduğu yeri merak etmektedir. Belirli bir yüksekliğe çıkmalarının ardından Zeynep’in bulunduğu mevkii bombalarlar, eşkıyalar da onlara karşılık verir. Çıkan çatışmada Sermet vurularak ölür.
Tüm bunları son erdirecek, dağdaki eşkıyaları yok edecek bir operasyon yapılmak istenmekte ancak eşkıyaların toplanma merkezleri, kaçış yönleri, ellerindeki top ve mitralyözlerin durumu, yeri tam olarak bilinmemektedir. Bu bilgileri edinmek için Adnan gönüllü olur. Sabahın erken saatlerinde eşkıya kılığına bürünen Adnan, onu bekleyen altı uçakla hareket eder. Planlandığı üzere beş uçak bombardıman yapacak, Adnan’ın içinde bulunduğu uçak da oluşturacağı dumanla onu gizleyerek araziye indirecektir. Görev başarılı olur, Adnan araziye iner fakat nereye gideceğini, ne yapacağını bilememektedir. Sadece yürür. Öğlen olduğunda bir eşkıyaya rastlar. Eşkıya onu Iraklı Akçabarlardan Haso zannederek şeyhin bulunduğu yeri tarif eder. Tarif edilen yolda bir süre yürüyen Adnan eski arkadaşı Ahmet Çavuşla karşılaşır. Ahmet Çavuş eşkıyalar tarafından yakalanmış, kurtulmak ve edineceği bilgileri bir gün orduya verebilmek amacıyla Arap İhsan’ın maiyetine girmiştir. Adnan ve Ahmet kafa kafaya verip plan yaparlar. Ahmet, İhsan’ın çekmecesinde tuttuğu planları aşıracak ve şafakla gelecek uçaklarla geri döneceklerdir. Uçakların geliş saati yaklaşmasına rağmen Ahmet geri dönmez. Adnan tek başına binmek zorunda kalacağı uçağı beklerken bir kadın sesiyle irkilir. Kadın ondan, yaklaşan uçakları vuracak mitralyözün yerleştirilmesi için yardım istemektedir. Yanında da iri bir adam vardır. Adnan adamı vurur. Kadın da karşı koyunca yediği yumrukla düşüp başını vurur. Adnan yaralı bir kadını öldürmek konusunda kararsızlık yaşar. Saatler geçtikçe sohbet etmeye, yakınlaşmaya başlarlar. Zeynep, dağlara sonu hüsranla biten bir aşk macerası yüzünden çıktığını; Adnan da sevdiği kadını bir başkasıyla gördüğünden beri çektiği ıstırabı anlatır. Zeynep’in bir aydır kimseyi öldürmediğini de öğrenen Adnan, Zeynep’e âşık olur.
Sabah olduğunda Adnan, Zeynep’in verdiği plan ve malumatlarla birliğe döner; tüm bilgileri karargâha bildirir. Yapılan operasyonda eşkıyalardan sadece üçü sağ olarak ele geçirilir. Bunlardan biri de Zeynep’tir. Zeynep ve Adnan’ın yakınlaşmaları tüm karargâhı kızdırır. Adnan, Sermet’i öldürenin Zeynep olmadığına; bu operasyonu başarıya ulaştıranın onun verdiği bilgiler olduğuna kimseyi ikna edemez. Zeynep her şeye rağmen Nerime’yle tanışmak, ona gerçekleri anlatmak ister. İkisinin acısı onları yakınlaştırır. Birlikte harekâtta şehit düşen askerler için yapılacak anıtın resmi açılışına gitmek üzerelerken Zeynep tutuklanır. İki ay sonra yapılan mahkemede suçsuz bulunarak serbest bırakılır. Adnan ve Zeynep evlenerek İstanbul’a taşınırlar.
Dağları Bekleyen Kız, içinde bulunduğu dönemin “popüler aşk romanı” yazarı kabul edilen Esat Mahmut Karakurt tarafından 1934 yılında yazılmış ve yayımlanmıştır. Macera ve aşkın bir arada olduğu Dağları Bekleyen Kız romanı, sade, senaryo dilini anımsatan bir dille yazılmıştır. Karakurt’un yazdığı diğer 15 roman gibi bu da filme alınmış; 1955’te Atıf Yılmaz, 1968’de Süreyya Duru yönetmenliğinde iki defa seyirci karşısına çıkmıştır.