Với việc vẫn duy trì được dàn diễn viên cũ từng làm nên thành công cho phần 1 ra mắt hồi năm 2012, Sứ Mệnh 36 Giờ 2 chính là một trong những bộ phim về đề tài y khoa được mong đợi nhất trong năm. Ngoài việc mang đến một bức tranh đầy màu sắc về những bác sĩ làm việc cứu người trong bệnh viện, những câu chuyện bên lề về cuộc sống từng người cũng hấp dẫn không kém.
Với màn cầu hôn cảm động ở phần trước, bác sĩ Tử Dư và Trương Nhất Kiện nay đã thành cặp vợ chồng hạnh phúc. Lúc này Trương Nhất Kiện là bác sĩ thực tập năm cuối và là người có tài trong việc lãnh đão đội ngũ y bác sĩ thực tập mới bước chân vào con đường nhân đức cứu người. Càng ngày, anh càng cho thấy khả năng lãnh đạo cũng như tấm lòng vì tình mạng của con người đối với bản thân rất đáng để khâm phục. Mặc dù về bề ngoài anh luôn tỏ ra khắc khe với thực tập sinh mới vào nghề, thế nhưng anh luôn đưa ra những lời khuyên và động viên học trò của mình hết mình bằng cả trái tim của mình.
Phạm Tử Dư mang thai nhưng lại mang căn bệnh trong người. Trong khi Trương Nhất Kiện lại là người cố chấp, anh luôn muốn gánh vác mọi thứ, để rồi dần dần khiến anh bị rơi vào cảm giác mệt mỏi. Do ý kiến với một bác sĩ không cầm dao mổ nhiều năm là Lạc Văn Sanh mà Tử Dư vô tình bị xảy thai, buộc lòng cô phải từ bỏ vị trí bác sĩ ngoại khoa của mình. Mọi chuyện thực sự ập tới một cách hết sức bất ngờ, khiến cuộc sống của Trương Nhất Kiện gặp phải đả kích nghiêm trọng…