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La película empieza en la época presente, donde varios alumnos realizan una narración oral sobre sus héroes favoritos a la clase. Uno de los alumnos, Ronnie empieza a contar la historia de Hachikō: el perro de su abuelo. La trama retrocede en el tiempo donde un cachorro de raza Akita criado en Japón es llevado a Estados Unidos, pero la jaula donde estaba el animal se cae del portamaletas del vehículo que lo transportaba y se extravía en la estación de ferrocarriles, donde el profesor Parker Wilson lo encuentra vagando. De pronto Wilson no tarda en sentirse cautivado por el animal y decide llevárselo a casa, de quedárselo, una vez en casa, se encuentra con la negativa de Cate, su mujer, a mantener al perro.
A la mañana siguiente, Parker espera que alguien reclame al animal perdido, pero no recibe contestación, por lo que se lo lleva consigo al trabajo donde Ken Fujiyoshi traduce el símbolo del collar del cachorro como 'Hachi' , por lo que decide ponerle de nombre Hachi. De vuelta a casa, Parker intenta jugar con Hachi, pero el animal no muestra interés alguno, mientras les observa, Cate recibe la llamada de alguien que quiere adoptar al perro, sin embargo, al ver el vínculo que une Parker con Hachi, decide quedarse al cachorro.
Años más tarde, Hachi y Parker han desarrollado una amistad inquebrantable, sin embargo, el dueño continúa perplejo por la negativa del perro a hacer cosas habituales para el susodicho animal como ir a traer una pelota, tras comentarlo con Ken, este le dice que Hachi solo iría a por esa pelota por un motivo en especial. Una mañana, Parker se marcha al trabajo y Hachi lo sigue hasta la estación negándose a volver hasta que a Parker no le queda otro remedio que volver a casa y hacer tarde al trabajo, esa misma tarde, Hachi intuye la llegada de su dueño y vuelve a la estación desde donde le espera con paciencia, finalmente, Parker decide que el can le acompañe a la estación, Así todos los días. Hasta que un día, Hachi se niega a acompañarle, por lo que Carter decide irse sin él, aun así el perro lo sigue mientras porta su pelota, para sorpresa de Carter que acaba jugando con él por primera vez durante un rato, sin embargo, el hombre empieza a preocuparse por llegar tarde al trabajo y da por finalizado el juego y se marcha a pesar de los alaridos del animal. Ese mismo día, a Parker en el trabajo sufre una parada cardiorrespiratoria que le causa la muerte en plena clase.
Mientras el can sigue esperando la llegada del tren, sin embargo Parker no muestra señales de vida, a pesar de todo, Hachi permanece en la estación durante varias horas hasta que el yerno de Parker se lo lleva. Sin embargo se escapa de casa para volver al día siguiente a la estación y quedarse allí durante el día y la noche. A medida que pasa el tiempo, Cate vende la casa y el can se va a vivir con su hija Andy, la cual ha formado una familia junto con Michael con quien acaban de tener un bebe, Ronnie. Aun así, Hachi vuelve a escaparse y encuentra el camino de su vieja casa, pero al morar otra familia decide irse a vivir a la estación sobreviviendo gracias a la comida que le da Jas, un vendedor ambulante de perritos calientes con el que Parker tenía una amistad.
Mientras aguarda la llegada de su amo, Hachi empieza a dormir bajo los vagones de un tren averiado. Los años pasan y Hachi sigue esperando, por otro lado, Cate visita la tumba de su difunto marido donde conoce a Ken, allí dice haber pasado una década. Al pasar por la estación, la mujer se sorprende de ver a Hachi en el mismo sitio en un estado sucio, viejo y cada vez más débil y que aún a pesar de los años, el can sigue esperando. Tras acercarse a quien tiempo atrás era su perro, Cate decide sentarse junto a él y esperar al siguiente tren. En casa, Cate le habla a su nieto Ronnie (ya con 10 años) de Hachi y de la relación que tuvo con su abuelo fallecido, esa misma noche, Hachi sigue en su mismo sitio donde yace en el suelo y se duerme profundamente por última vez mientras sueña con Parker, del cual tiene una visión de él en el que le anima a ir con su dueño.
De vuelta a la clase, Ronnie finaliza su narración añadiendo a sus compañeros que Hachi será para siempre su héroe por su amor y lealtad. Al salir del colegio esa misma tarde, Ronnie va a casa mientras camina con su propio cachorro de Akita, el cual tiene de nombre Hachi y con el que andan el mismo camino que día tras día siguieron su abuelo con el anterior Hachi.
