Рассказ ведётся от лица молодого врача без указания имени, работающего в период 1917–1918 годов. Его направляют в отдалённое село Мурьево, где в местной больнице должны были работать два врача, но он становится единственным и главным врачом. Он испытывает неуверенность и страх перед тяжёлыми случаями, особенно ампутациями. В первый же вечер на него выпадает тяжёлое испытание: красивая девушка попадает в мялку для льна, и доктор, испуганный, производит ампутацию ноги, не ожидая её выживания. Однако пациентка остаётся жива и в знак благодарности преподносит врачу полотенце с вышитым красным петухом, которое он хранит многие годы.

За время работы в Мурьево доктор проводит сорок восемь дней на Н-ском участке. В конце ноября к нему привозят трёхлетнюю девочку с тяжёлой дифтерией, которая почти не дышит. Врач решается на сложную операцию, вставляя в горло ребёнка стальную трубку для обеспечения дыхания. Девочка выживает, и в округе распространяется слух о «стальном горле», что привлекает сюда множество желающих увидеть необычное лечение.

После успешной ампутации доктор приобретает известность, к нему ежедневно приезжает множество пациентов, в то время как второго врача не присылают. Несмотря на сильную усталость, он продолжает работать. Начинается вьюга, и больница опустевает, но доктору приходится отправиться на помощь коллеге с соседнего участка. Там случается трагедия: девушка, катавшаяся на санях, получает серьёзную травму головы и умирает. На обратном пути, несмотря на непогоду, врач и возница заблудились и с трудом спасаются от волков. Ложась спать, доктор клянётся не выезжать в плохую погоду, но осознаёт, что не сможет отказаться от помощи нуждающимся.

Молодой врач постепенно привыкает к жизни на участке. Ранее он избегал приёма родов, опасаясь сложных случаев. Однажды в больницу привозят роженицу с поперечным положением плода. Доктор, обратившись к учебнику по акушерству, только запутался, но опытная акушерка подсказала ему технику поворота плода на ножку. Операция проходит успешно, мать и ребёнок выживают, и врач осознаёт, что настоящий опыт приходит только с практикой.

В свой двадцать четвёртый день рождения молодой доктор отмечает праздник вместе с фельдшером и акушерками в холодной, снежной ночи, которую они называют «тьмой египетской». Во время застолья обсуждаются случаи, связанные с невежеством крестьян и суевериями. В ту же ночь в больницу поступает мельник с высокой температурой. Доктор назначает ему хинин по одному порошку в день, но больной, чтобы облегчить процесс, выпивает все десять порошков сразу и оказывается на грани смерти. После спасения пациента врач принимает решение бороться с невежеством, которое считает главной преградой в лечении.

Через полгода работы в Мурьево доктор впервые сталкивается с больными сифилисом. Первый пациент — мужчина около сорока лет, который отказывается лечиться, не признавая болезнь. Затем приходит женщина, уверенная, что заразилась от мужа, и единственная из пациентов боится инфекции. После четырёх месяцев обследований выясняется, что она не инфицирована. Врач изучает старые амбулаторные записи и обнаруживает, что сифилис широко распространён, но лечение игнорируется. Он добивается открытия в больнице специального отделения для борьбы с этой болезнью. Первой пациенткой становится женщина с тремя маленькими детьми, и доктор с удовлетворением наблюдает исчезновение «звёздной сыпи» — раннего признака сифилиса — с детских тел.

Спустя год работы на участке врач становится более опытным и увереннее, бреется теперь раз в неделю, так как частые вызовы не позволяют уделять себе время. Он научился принимать роды любой сложности, делать ампутации, ушивать грыжи и удалять зубы. Первый вырванный им зуб оказался с частью кости, что вызвало у него тревогу, пока более опытный коллега не объяснил, что это была зубная лунка. В один из дней к врачу привозят ребёнка с большой опухолью на месте глаза. Доктор предполагает, что глаз утрачен, и предлагает операцию по удалению опухоли, но мать отказывается. Спустя неделю мальчик появляется с двумя здоровыми глазами: опухоль оказалась гнойником, закрывавшим глаз, который открылся после выхода гноя.

К циклу «Записок юного врача» также относятся рассказы «Морфий» и «Я убил», однако формально они не входят в основной сборник.