在明治時代的日本,出生在某港口小鎮的空乃天晴是熱衷機械的天才少年,他設計的機器經常惹出麻煩,被他惹怒的當權者派出半月劍道場的代理師父一色小雨監視他,但他無意間弄壞了天晴設計的蒸氣船,兩人意外漂流到美國洛杉磯。兩人得知將有一場橫跨美國的長程拉力賽,天晴隨即表示參賽並揚言奪冠,並開始將蒸氣船改造成賽車,而小雨為了籌措返回日本的旅費,不得不幫助他參賽並一起贏得獎金。兩人還認識了正在尋找殺父仇人的美洲原住民霍托托,三人共同行動。他們結識了在賽車場擔任雜工的華裔女性景夏蓮,啟發她參賽的意志;與BNW的公子阿爾透過打賭而成為朋友。
跨美拉力賽正式開始,選手之間互相角力,在抵達第一站後,霍托托發現其中一位選手吉爾與自己的殺父仇人有關,更得知他試圖炸毀山谷以阻礙其他選手的計畫。這項計畫雖然一度打亂其它選手的路線,但他們仍迎頭趕上,並發現吉爾和他的同夥賽斯其實並非殺手,只是冒充吉爾名號、藉此作威作福的無賴。賽事持續進行,天晴等人、阿爾和景夏蓮遇到選手理察和其它遭到殺害的選手,理察表示自己受到吉爾攻擊,眾人在稍加調查後,遭到吉爾的手下包圍並俘虜,只有小雨逃過一劫。後來小雨走出母親被殺害的陰影,成功打倒吉爾的手下並救出朋友,繼續往下一站前進。
由於有選手遭到殺害,賽事路線發生變動,理察則表示自己因為危險而退賽。在路線變更的準備期間,選手們短暫地休息並放鬆心情後,啟程前往下一站,火車也同時出發。在火車上,理察揭露了他的真實身分──吉爾,他和手下挾持火車,將與阿爾形同姊弟的蘇菲亞及其它乘客挾為人質,要求賽事主辦方支付151萬美金。吉爾還把其它選手的賽車打壞,迫使賽事中斷。天晴等人試圖反抗他,但都不是對手,在小雨為了救天晴而中槍後,吉爾率眾揚長而去。小雨被送往醫院後,性命一度垂危,讓天晴無比失落,甚至決定放棄比賽,但小雨清醒後激勵天晴,讓他說服其它選手一起救出蘇菲亞,並繼續完成比賽。在修好每個人的賽車後,眾人整裝殺入被吉爾作為根據地的鬼鎮,將吉爾及其手下擊倒,天晴更駕車擋下失速衝向車站的火車,阻止災難發生。
一個月後,賽事重新開始。天晴在最後關頭啟動推進器讓車子騰空飛起,並在千鈞一髮之際搶先衝過終點,獲得優勝。車手們分道揚鑣,天晴打算留在美國製造飛機並研究登陸月球,原先想回日本的小雨也改變心意,和天晴一起留在美國完成夢想。