动物医生高元寺达也从他所工作的动物医院辞职，回到了老家神乐坂。他强烈希望在自己尊敬的动物医生德丸善次郎的医院工作，所以敲开了德丸医院的门。但是，德丸不知去向，只留下一封信。信上写着“把招牌放下来，以后的事拜托你了”。这意思就是他把医院交给达他，自己引退了。达也虽然很困惑，但还是赶紧接待川流不息的患者。就在这样，达也在新天地的第一天在喧闹中拉开了大幕。某天，达也在街上看到一只被车轧过的蝶耳狗，还认识了守在狗身边的少年大地。达也和大地一起把全身是血的小狗运到医院。他判断小狗要尽快手术。就在准备手术，因为联系不上儿子而焦急的大树的母亲加濑时羽赶来了。时羽见医院设备老旧、人手不足，要求把小狗转到其他医院。达也却认为小狗疑似脾破裂，根本来不得转院了。大地看到二人争执，为小狗的安危担心，一边哭一边求医生救救小狗。达也拉着大地的手，闭上眼睛念叨着感受到大地的心情了，他会努力的。然后，他不顾时羽的制止，坚决开始手术。结果，时羽成了手术助手。达也细致的手术技术让她大开眼界。另一方面，达也得知时羽是动物护士，便请求她到医院来工作。
加濑时羽同意到诊所就职，达也作为“坂上动物医院”的院长开启了人生的新一章。某天，达也出席病例发表会，遇上了Main town动物医院的兽医田代真一和东都兽医大学的学生堀川广树。在病例发表会上，达也演讲的是“宠物与饲主的心灵治疗及家庭护理”。有位少女很认真地倾听他的演讲。少女名叫大泽香子，她的爱犬朱莉患有骨癌，在Main town动物医院由田代治疗，田代给朱莉使用了正处于试验阶段的新药。但是，田代说即使用了药病灶仍有转移的可能，所以应考虑给朱莉截肢。香子的母亲赖子强烈反对。而看到朱莉每次接受治疗时痛苦的样子，香子心中不忍，考虑是不是换一种治疗方式。就在此时，她回忆起发表会上达也的演讲，便托广树和自己一起去坂上动物医院找达也。听说香子是在田代做治疗时偷跑出来的，达也和时羽都吓了一跳。时羽赶紧联系田代。香子求达也给朱莉做检查。拗不过香子的恳求，达也进行了诊查。而他的诊断结论是朱莉应该做截肢手术。
达也出席街道会议，遇到了经营扇子店的小宫千津。千津养的猫卡乃姆曾经是德丸的患者。达也便请她有时间带卡乃姆来医院。这天，失踪的德丸突然回到坂上动物医院。时羽发现他擅自进了医院，误以为他是小偷。正在她恫吓德丸时，达也来上班，看到这情景吓了一跳。然后，时羽听德丸说他曾去过南美时，不禁想起七年前去南美后就下落不明的丈夫。因为偶然事件时羽结识了千津。她听千津说了收养卡乃姆的经过，而且了解到独自生活的千津担心有一天自己去世只剩下爱猫一个。回到医院后，时羽和达也谈起千津的不安。达也马上从她的话中得到灵感，提议在神乐坂为养宠物的老年人提供上门看诊服务。看到二人的样子，德丸感到把医院交给他们很放心。
某天，兽医学生堀川广树带着叫井上早苗的人来到达也的诊所。早苗的狗古丽患有心脏肿瘤。Main town动物医院的田代医生判断古丽的肿瘤虽可以切除，但是考虑到它的年龄和心脏功能低下，所以手术难度太大。然而，早苗不接受这样的诊断，所以随广树来到达也的坂上动物医院。达也的诊断与田代一样。不过，达也认为就算是百分之一的可能也不能放弃，不顾时羽的反对，决定给古丽做手术。手术成功了，接下来就是等待古丽恢复体力。但是，当天夜里，在达也看护下，古丽的状况突然恶化，没有了呼吸。广树觉得全是自己的责任，因为是他把古丽带到达也这里，硬逼达也手术。达也宽慰他说这不是他的错。而达也自己也被无能为力的悲哀折磨着。从第二天开始，不断有客户取消预约，网络上也流传坂上医院强行手术导致狗狗死亡的谣言。
铃芽来到坂上动物医院，要求寄养一只虎皮鹦鹉。这只虎皮鹦鹉是她的母亲咲江饲养的皮斯凯。因为咲江住院，所以它被到铃芽那里，但是铃芽没法照顾鹦鹉，所以把它托付给达也。达也同意照顾鹦鹉，但是他开出条件，要求铃芽去看望住院的母亲，而且早晚都要来给鸟喂食和清扫鸟笼。在名仓陪同下，铃芽不情愿地去看望咲江。就在算是在医院，母女俩还是没能和好，铃芽气冲冲地离开了医院。德丸见铃芽这么顽固， 便思考着如何能修复这对母女的关系。就在这时，时羽失踪的丈夫阿佑的父母来了。他们要求时羽把大地交给自己抚养，理由是，阿佑在南美失踪七年，送走孩子，时羽就不必被阿佑束缚着，可以自由自在了。时羽对公婆说她明白他们的意思。大地偶然听到大人们的谈话，很受打击。当天晚上，大地住在爷爷奶奶家，二人问他愿不愿意搬来同住。就这样，时羽与大地，咲江与铃芽，这两对母子的关系开始一点点发生变化。
大泽香子带着虚弱的吉娃娃来到坂上动物医院。香子参加义工活动时，从坏饲主那里救下了这只吉娃娃。因为小狗营养状态极差，她很担心，就来请达也救治。时羽和大地、广树一番打扮，吉娃娃焕然一新，大家给它起名“露美”。在为露美找到新饲主前，它先住在香子家。大地特别喜欢露美，就到香子家和露美一起玩。看到香子和大地在一起的样子，香子的母亲赖子不禁把他们想像成小时候的自己和达也。但是，当赖子听说香子到现在还出入坂上动物医院时，心情很复杂。赖子正准备推动神乐坂再开发计划。在神乐坂，有关“达也与时羽接吻”的流言传得沸沸扬扬。无凭无据的谣言让二人备受困惑，但他们的关系也稍稍有了变化。这时，一对夫妻提出想收养露美。因为赖子反对饲养露美，所以，香子为了露美的幸福，也决定放手。然而，香子实在难以忍受与露美分离，她再次求赖子让露美成为他们家的一员。
这天，时羽因发烧请假。坂上医院只有达也和广树，忙得不可开交。达也越发感到时羽的重要性。这时，阿福的样子变得有些奇怪。原来，她的一位熟客、某老字号旅馆的社长向她求婚。在工作与个人幸福之间她犹豫不绝，十分烦恼。无独有偶，达也的好友名仓也不断谈起“结婚”的话题，受大地之托，达也去给卧床休息的时羽做饭。他对的时羽的感情发生了微妙的变化。就在这时，名仓养的狗得了急病，被送到坂上医院。为了得出确切的诊断，达也又把狗送到Main town动物医院进行详细检查。结果，发现狗狗得了脑肿瘤，如果不做手术就有性命之忧。田代告诉名仓，手术费要100万日元，而成功率只有50%。名仓说自己一个人无法做决定。
时羽接到外务省打来的电话，对方说在南美发现了疑似她失踪多时的丈夫阿佑的日本男性。经过确认，那名男子果然是阿佑本人。神乐坂的街坊们都在传这条大新闻。然而，好景不长，时羽很快得知了令她备受打击的事实。无论是对于关心自己的达也，还是对一心期待与父亲重逢的大地，她都没法说出那件事，暗自为将来惴惴不安。另方面，达也也得到了一个新机会，美国某兽医大学邀请他参加新成立的项目，他正思量着是否同意。就在这时，坂上动物医院收留了一只患痴呆症的走失的狗狗。很快，狗主人茑子就来接狗狗了。不过，达也见茑子一脸疲惫的表情，不禁非常担心。原来，茑子不但要饲养患痴呆症的狗狗，还要照顾卧病在床的母亲，所以疲惫不堪。针对她的情况，达也提出一个建议。终于，阿佑回国了，与分别七年的时羽、大地母子相见。面对出乎意料的事态，时羽被迫做出一个重要决定。平静的神乐坂一点点发生着变化。达也也要为自己的去留做出选择。
