Двое братьев-близнецов — Сашка и Колька Кузьмины, по прозвищу Кузьмёныши — живут в детском доме в подмосковном Томилино. Директор детдома — вор (хлеб, предназначенный сиротам и беспризорным, попадает к родственникам директора и его собакам; одежда, которой он обязан снабжать детей, также оседает у его родных и знакомых). Кузьмёныши мечтают попасть в «хлеборезку» (помещение, где лежат буханки хлеба), несколько месяцев делают подкоп под нее. Когда подкоп случайно обнаруживают, ребята понимают, что им придется плохо, и соглашаются ехать на Кавказ (куда отправляют по нескольку детей от каждого подмосковного детдома). Единственная ассоциация с понятием «Кавказ» у них — картинка с пачки сигарет «Казбек», а также пара строк из стихотворения М. Лермонтова «Утес». Ho голодным детям обещают фрукты (которых они никогда не видели) и много хлеба, что является решающим доводом в пользу отъезда. В дороге голодные Кузьмёныши трогательно заботятся друг о друге (Колька отдает брату крошечную пайку хлеба, сам ложится спать голодный), на станциях бегают к рынку воровать продукты (они выедают мякиш краденого батона и затем просят торговок наливать туда сметану или варенец; не имея денег, братья выливают молочное обратно, а то, что впиталось, выскребают ложками). Вместе со всей оравой беспризорников (на поезде едет пятьсот детдомовцев) Кузьмёныши налетают на молодые посевы (когда поезд въезжает в Черноземье), а потом «мучаются животами», переев свежих овощей. Они знакомятся с воспитательницей Региной Петровной, которая едет на том же поезде вместе с маленькими сыновьями Жоресом и Маратом (она называет их «мужички»), и новым директором — интеллигентным бывшим снабженцем Петром Анисимовичем. На одной из станций братья набредают на странный поезд — окна зарешечены, из-за решеток к ним тянутся детские руки, черноволосые и черноглазые дети на непонятном языке о чем-то просят Кольку и Сашку. Вооруженный солдат отталкивает их от поезда., называет странных пассажиров «чечмеками». Сашка сильно ослабел (от расстройства желудка), его хотят госпитализировать. Колька обращается за помощью к Регине Петровне, чтобы не расставаться с братом (она устраивает так, что оба брата отправляются с тем же поездом).
Детдомовцев выгружают на станции «Кавказские воды». Дети купаются в серных источниках. Между Кузьмёнышами и Региной Петровной завязывается тесная дружба: несмотря на то, что она занимается девочками, воспитательница часто приглашает братьев к себе, угощает чаем с сахарином, но Кузьмёныши не злоупотребляют ее гостеприимством: они привыкли заботиться о себе сами, а Регина Петровна так же, как и все прибывшие, голодает. Братья потихоньку подворовывают в станице Березовской. Станица выглядит странно: братья никак не могут понять наверняка, живут там люди или нет. Урожай поспевает, но двери заколочены, только временами слышатся приглушенный шепот и кашель. В одном из домов Кузьмёныши обнаруживают проводника Илью, который рассказывает им, что станица на самом деле — чеченский аул Дей Чурт. Люди из него выселены, а детдомовцы должны стать ее новым «населением». Илья угощает ребят самогоном. По его наводке Кузьмёныши начинают таскать ему «барахло» со склада, которое Илья обманом отнимает у них, а затем продает. Сам Илья, по прозвищу «Зверек», в детстве прошел и колонию, и лесозаготовки, и бродяжничал, и воровал, и сидел в тюрьме, где и узнал о том, что на Кавказе много «бросовой» земли и. дома отдают беженцам за «бесплатно» вместе со скарбом. Кузьмёнышам стыдно возвращаться в колонию. По примеру некоторых колонистов они решают было уехать «еще дальше», но, вспомнив про Регину Петровну с «мужичками», остаются, чтобы поддерживать ее. Она поняла, что братья украли вещи со склада, но не выдала Кузьмёнышей директору, однако и от принесенного ими сала (от Ильи) отказалась. Регина Петровна устраивает Кольку с Сашкой подработать вместе со старшеклассниками на консервном заводе (где они смогут «подкормиться»). Обнаружив в подсобке чеченскую мохнатую папаху, воспитательница принимается кроить из нее две зимних шапки для ребят.
Ночью чеченцы поджигают здание (несколько человек на лошадях устраивают рядом взрыв), в котором находится склад и, соответственно, — зимние вещи, предназначенные для колонистом.
На консервном заводе сторожиха тетка Зина жалеет Кузьмёнышей и разрешает брать свежие фрукты и ягоды, а также баклажанную икру, повидло, сливовый джем. Она единственная умеет различать братьев, ее им не удается обмануть своим сходством. Тетка Зина тоже переселенка; она до смерти боится чеченцев, которых «за измену» насильно увозили отсюда в Сибирь, но не смогли заставить уехать всех» Te, кто остался и спрятался в горах, мстят русским. Кузьмёныши запасают банки с джемом на зиму по старой детдомовской привычке — выходят через проходную в обнимку, так что банки сжимают под одеждой, сплавляют банки за территорию завода по ручью в резиновой галоше. Братья не забывают о сыновьях Регины Петровны в ее отсутствие (после нападения чеченцев на склад она «заболела»), кормят Марата и Жореса джемом из своих запасов. Однако их замысел раскрывают старшие колонисты и крадут банки Кузьмёнышей. Воровство старших обнаруживается, и колонистов отстраняют от работы на заводе. На территории колонии делают обыск и находят тайник — пятьсот банок консервов. В это время колонисты дают концерт художественной самодеятельности перед переселенцами. Один из ребят показывает фокусы и достает из портфеля директора документ — протокол обыска. Колонисты бросаются прочь из зала — спасать запасы, но в этот момент слышится конский топот. Чеченцы взорвали машину, на которой ездила веселая шоферица Вера, дружившая с колонистами, и дом, в котором жил Илья. Кузьмёныши решают бежать из колонии. Регина Петровна возвращается из больницы, рассказывает братьям, что в ночь, когда горел склад, трое чеченцев стреляли в нее. Ho мальчик, сын одного из них, дернул ружье отца в момент выстрела, и пуля пролетела мимо. Воспитательницу отправляют на подсобное хозяйство, поправляться. Она зовет Кузьмёнышей с собой, отговаривает их пока бежать, а потом обещает уехать всем вместе. Кузьмёныши впервые задумываются о причинах ненависти чеченцев к русским, они не верят, что все кавказцы, как один, — изменники Родины. Братья решают, что Илью убили за дело — он пользовался чужим домом и добром как своим, ни разу даже не поработав на огороде. Кузьмёныши активно помогают Регине Петровне в хозяйстве, пасут коров, собирают хворост и кизяки, мелют муку на жерновах. Однажды, по старой памяти, пытаются сделать заначку, но Регина Петровна разговаривает с ними о том, что невозможно красть у самих себя: ведь они живут как одна семья. Братья возвращают продукты, и больше о происшедшем никто не вспоминает. Регина Петровна придумывает праздник — назначает Кузьмёнышам день рождения (17 октября), готовит угощение (сладкий пирог). За ней ухаживает переселенец Демьян, уговаривает жить вместе. Регина Петровна рассказывает, что она — вдова летчика, что пошла работать в детский дом, чтобы легче было поднимать собственных детей. Кузьмёныши ревнуют, оба хотят жениться на Регине Петровне, невзирая на малый возраст (им, вероятно, исполняется 11 лет). Регина Петровна дарит братьям подарки — рубашки, тюбетейки, ботинки, платки. Наутро Регина Петровна просит Демьяна отвезти Кольку с Сашкой в колонию. Колония пуста. Окна выбиты, портфель директора валяется на земле, двор завален вещами, словно «в эвакуацию». Демьян объясняет, что спасаться им надо поодиночке: так чеченцам, рыщущим по округе, труднее будет их ловить. Мальчики бросаются врассыпную, прячутся в кукурузе. Колька, спустя некоторое время, прокрадывается в деревню и находит там мертвого брата. Колька хоронит Сашку, чувствуя при этом, что «хоронит самого себя». Он видит солдатский разъезд и понимает из разговоров, что те. едут «чеченов убивать», а стало быть отомстят за Сашку. Колька довозит тело брата до железной дороги, пристраивает его в железный бункер под одним из вагонов и прощается с Сашкой. Сашка мечтал уехать; Колька не может бросить Регину Петровну. Колька заболевает, теряет сознание. Открыв глаза, он замечает, что Сашка поит его водой из железной кружки и говорит при этом на непонятном языке. На ломаном русском незнакомый мальчик объясняет Кольке, что его зовут Алхузур, что он спас Кузьмёныша от своих родственников-чеченцев, а заодно и от русских солдат. Алхузур соглашается, чтобы Колька называл его Сашкой. Когда мальчиков находят русские солдаты, Колька твердит, что с ним его брат-близнец. Мальчики пускаются в далекий путь; встречая чеченцев, они спасаются благодаря мольбам Алхузура, при столкновении с русскими Колька со слезами убеждает солдат, чтобы их не трогали, и в результате попадают в детприемник. Там их находит Регина Петровна. Она спаслась с помощью Демьяна, но не оставляла надежды разыскать Кузьмёнышей. Она решает забрать мальчиков и усыновить их. Регина Петровна заявляет, что помнит братьев Кузьминых по колонии и Алхузур — и есть тот самый Сашка. Однако разрешения ей не дают. Кольку и Алхузура отправляют на новое поселение. Мальчики лежат на одной полке, обнявшись, как когда-то настоящие Кузьмёныши пускались в пути на Кавказ с Казанского вокзала. Регина Петровна потихоньку спрашивает у Кольки, где его настоящий брат. Он отвечает, что Сашка уехал далеко.