В разгар Великой Отечественной войны, в 1944 году, во время наступления советских войск на фронте обнаруживают раненого солдата. Он не может вспомнить ничего из-за тяжелой контузии и одет в форму без знаков отличия. После проверки выясняется, что это майор Егор Петров, разведчик, который неделю назад отправился на задание с группой и вернулся один. Петрова назначают командиром инженерно-сапёрной роты, известной как "собачья", где служат собаки вместе со своими инструкторами.
Его новое назначение вызывает неприязнь у капитана Екатерины Голиковой, командира девичьего взвода. Между ними возникает напряжение, причина которого становится понятна позже - их прошлое переплетено сложными обстоятельствами, о которых Егор не может вспомнить из-за травмы.
Сюжет сериала "Катюша" разворачивается на фоне военных действий, где каждый день может стать последним. Майор Петров должен восстановить свою память и выяснить причины потери своей группы, в то время как капитан Голикова пытается защитить своих подопечных от опасностей фронта. Их взаимоотношения осложняются тайнами прошлого и сложностями настоящего, где доверие и взаимопонимание между солдатами являются ключом к выживанию.
Сериал сочетает в себе элементы драмы, военного кино, детектива и истории, погружая зрителя в атмосферу войны и показывая героизм и человечность на фоне жестоких испытаний.
