Sau 27 tập phim đồng hành cùng những vụ án, những cuộc đấu trí căng thẳng và cả những mất mát đau thương, Trời Cao Nguyên Xanh đã khép lại hành trình đầy ý nghĩa, trả lại sự bình yên vốn có cho mảnh đất Tây Nguyên hùng vĩ.
Tiếp nối tập 26, lực lượng công an cảnh sát cơ động đã bao vây và kêu gọi nhóm FULRO đầu hàng. Sau một hồi giằng co, công an đã bắt giữ 27 đối tượng và tiêu diệt 2 tên. Tuy nhiên, tên đầu sỏ A Gôn và một số đồng bọn đã ngoan cố bỏ trốn sâu vào rừng.
Khi đoàn biểu tình đòi đất bị chặn lại bởi lực lượng an ninh, Mục sư và Già Rin đã dốc lòng nhắc nhở bà con về truyền thống bảo vệ xóm làng. Dù đã khuyên can được nhiều người quay về, nhưng vì quá tức giận trước sự nhẹ dạ của dân làng và sự thâm độc của kẻ xấu, Già Rin đã thổ huyết ngay tại chỗ.
Đoàn người biểu tình tiếp tục kéo đến cầu giáp ranh tỉnh để yêu sách. Tại đây, Chủ tịch tỉnh đã trực tiếp ra mặt đối thoại. Trước yêu cầu đòi lại đất đai, ông chân thành lắng nghe, đồng thời khẳng định chính quyền luôn quan tâm, chăm lo cho đời sống đồng bào. Ông cam kết sẽ giải quyết mọi vướng mắc, từ chuyện nhỏ nhất như xin đất xây nhà thờ, và hứa sẽ nỗ lực hơn nữa để bà con có cuộc sống tốt đẹp hơn.
Ở diễn biến khác, trên xe ô tô tẩu thoát, Lok vẫn tiếp tục nhồi sọ A Dũi bằng những viễn cảnh tươi sáng về một "nhà nước tự trị" ở Tây Nguyên được quốc tế hỗ trợ vũ khí và tiền bạc. Hắn thừa nhận mọi hành động biểu tình, bạo loạn chỉ là để "gây tiếng vang" cho quốc tế chú ý.
Dựa trên định vị do A Dũi bí mật gửi về, lực lượng công an đã triển khai vây ráp và tóm gọn ông Lok đang trên đường tẩu thoát.
Nhóm của Tuấn, Thắng cùng lực lượng cảnh sát cơ động tiếp tục lùng sục trong rừng để truy bắt tên A Gôn. Khi bị bao vây, A Gôn ngoan cố dùng Y Liên làm lá chắn và yêu cầu công an lùi lại, đe dọa sẽ giết con tin.
Trong khoảnh khắc hỗn loạn khi A Gôn nổ súng chống trả lực lượng an ninh, Y Liên đã bị trúng đạn. Lực lượng công an lập tức áp sát, khống chế và tiêu diệt sự kháng cự của A Gôn, giải cứu thành công Y Liên và đưa cô đi cấp cứu.
Y Liên mất rất nhiều máu và thuộc nhóm máu hiếm, bệnh viện không đủ máu dự trữ. May mắn thay, em trai cô là A Dũi đã có mặt kịp thời ở bệnh viện để hiến máu cứu chị. Tuấn luôn túc trực, động viên A Dũi, và A Dũi cũng chân thành cảm ơn Tuấn vì đã giúp bắt được Lok, trả thù cho những ấm ức của đồng bào.
Ở những phân cảnh cuối, lực lượng công an đã áp giải toàn bộ băng nhóm phản động FULRO và những kẻ cầm đầu (bao gồm cả Lok và đồng bọn) ra khỏi rừng. Chuyên án kết thúc thắng lợi, đập tan hoàn toàn âm mưu thành lập "nhà nước tự trị" của tổ chức phản động, trả lại sự bình yên cho mảnh đất Tây Nguyên.
Sau khi chuyên án thành công, lực lượng an ninh đã có buổi gặp gỡ thắt chặt tình đoàn kết với dân làng Tơ Rơi. Tuấn và đồng đội đã phối hợp cùng chính quyền tổ chức lễ trao tặng nhà tình nghĩa cho bà con, mang lại không khí ấm áp, vui tươi cho vùng cao.
Sau bao gian khó, cuộc sống của người dân nơi đây đã có những thay đổi tích cực. Các bạn trẻ như A Dũi và Y Liên đều đã lập gia đình, có công ăn việc làm ổn định, đời sống khấm khá hơn, đêm xuống buôn làng luôn rộn ràng tiếng cười và sáng ánh điện. Đặc sản cơm nắm lá dầu của dân làng giờ đây cũng trở thành mặt hàng hấp dẫn đối với khách du lịch.
Tuấn và các đồng đội cùng nhau đi cắm trại tại Biển Hồ, tận hưởng những phút giây nghỉ ngơi hiếm hoi sau chuyên án dài ngày. Họ cũng lên kế hoạch cho những chuyến công tác mới, tiếp tục sứ mệnh "dân vận" và nâng cao nhận thức cho đồng bào.
Phim kết thúc với hình ảnh những nụ cười rạng rỡ của người dân làng Tơ Rơi trong không gian cồng chiêng sôi động. Cảnh tượng này như một lời khẳng định: chính sự đoàn kết, thấu hiểu giữa chính quyền và người dân đã tạo nên sự đổi thay, mang lại một "bầu trời cao nguyên xanh" đúng như tên gọi của bộ phim.
