Dulce Desafío conta a história da rebelde Lucero Sandoval (Adela Noriega), uma jovem rica, cujo único interesse é correr como esporte. Lucero é filha de Santiago Sandoval (Enrique Lizalde), um homem viúvo, rígido e autoritário, mas bondoso. Ele decide se casar com uma mulher bela e jovem, Rosário (Olivia Collins), despertando a oposição de Lucero. Lucero é interna no “Instituto Casa de Piedra”, lugar voltado a receber garotas problemáticas e que já foram expulsas das escolas comuns. O diretor da escola, Luis Mancera (Sergio Kleiner) é um homem corrupto e intransigente, com quem Lucero e suas companheiras têm inúmeros conflitos. Por essa razão, a escola decide contratar o psicólogo Enrique Toledo (Eduardo Yáñez). Ele irá se aproximar das jovens, ajudando-as a lidar com seus conflitos, mas nenhuma ligação será tão forte quanto com Lucero, despertando um intenso e verdadeiro amor.
