В центре сюжета сериала "Катюша" оказывается майор Егор Петров, опытный разведчик, который во время наступления советских войск оказывается раненым и теряет память. Найденный на поле боя без опознавательных знаков, он лишь после проверок Особого отдела устанавливается как Егор Петров, единственный выживший из разведгруппы. Несмотря на амнезию, Егора назначают командиром необычной инженерно-сапёрной роты, где служат служебные собаки и их проводники. Это назначение вызывает неприятие у капитана Екатерины Голиковой, командира женского взвода, которая с самого начала относится к новому командиру с недоверием.
Конфликт между Егором и Екатериной становится одной из главных линий повествования. Причины такого отношения капитана Голиковой скрываются в прошлом, и их выяснение становится важной частью сюжета. В условиях суровых боевых действий, где каждый день может стать последним, им предстоит не только выполнять боевые задачи, но и преодолевать взаимное недоверие, учиться работать вместе и, возможно, найти общий язык. Работа с собаками-сапёрами добавляет сериалу уникальности и напряжения, ведь от слаженности действий людей и животных зависит успех многих операций.
Сериал "Катюша" погружает зрителя в атмосферу Великой Отечественной войны, показывая не только героизм солдат, но и сложные человеческие отношения, которые зарождаются даже в самые тяжёлые времена. История майора Петрова и капитана Голиковой — это рассказ о долге, чести, преодолении личных трудностей и поиске истины. Им предстоит пройти через множество испытаний, чтобы понять друг друга и вместе приближать долгожданную победу.