第1集剧情介绍：深居海外中国科学家纷纷归国 何吟薇车站被推难产身亡
50年代初期，新生的中国一直被核恐吓的阴云笼罩，在朝鲜战争以及台海战争中美国不止一次利用核武器威胁中国，就是在这样的背景下中国开始了研究核武器这样一个伟大而又艰巨的征程。受数学教华罗庚归国前和同学们留下的话语感召，留美钟培林教授要带着自己的学术成果回到疑难多多的祖国，为祖国献出自己的力量，但是女儿钟心劝说父亲不要着急回国，可以等自己的学术结果完成之后再考虑，但是钟教授心意已决，科学没有国界但是科学家有国界，新生的祖国还需要更多科学家去建设，祖国才是中国人的根。
钟教授秘密与一些留美的教授见面，其中就有一直被监视好不容易摆脱的林教授，大家正在商量如何离开美国回到祖国的怀抱，美国警方就上门来逮捕林教授，大家匆忙离开，林教授只交代了钟教授找到方明就能营救自己回国，送走了大家林教授独自一人面对美国警察。王怀民和何吟薇是一对留学苏联研究物理学的夫妻，苏联为留住在物理学研究有突出研究能力的两位，提出让何吟薇还在肚中的孩子以苏联国籍和最好的教育，同时让两人立刻加入国家科学研究院。以黄凯华为首的其他同学要离开苏联回去支援祖国，大家都有些瞧不起要留下的王怀民夫妇，愤而离开了。
钟教授等面对美国海关层层审查，女儿钟心早已和移民局打好关系加入到今天的检查翻译工作，为父亲翻译掩盖林教授留下的字条，使父亲顺利通过，和父亲分别时承诺祖国见，父女两依依不舍。这些深居海外的中国科学家响应祖国号召，放弃了比较完善的科研环境义无反顾地回到祖国。这其中也包括了王怀民夫妇，他们最终放弃了苏联开出的优渥条件坐上了回国的列车。同学们都好奇王怀民和何吟薇为何决定回国，王怀民将深藏在画中的科研数据亮给同学们看，同学们都很激动。
王怀民要继续将其余油画上的数据展示，准备蒸馏出更多的酒精去擦拭颜料显露数据，却被中国解放军陶志纲出手制止，他以为这些归国的科学家只是不学无术浪费粮食的文人，与众人一番争执还是拿走了酒。但其是从朝鲜战场上下来的解放军，战争的阴影还深深地影响着他。一下火车就有老战友接待，并着当地第五医院的护士和杨佳蓉准备接其去医院进行治疗，但是陶志纲坚称自己病已经痊愈不用去医院，但在杨佳蓉一番劝说之下乖乖地去往医院。
一路尾随王怀民和何吟薇的特务在下车时伺机抢夺箱子里的资料，特务将何吟薇推到夺走箱子，王怀民在何吟薇的催促下拼命追着箱子，陶志纲出手帮忙追击特务。被特务推倒的何吟薇遭遇早产加难产，杨佳蓉一直在旁帮助。特务一直在逃窜，手中还有武器用来伤人，在窜上正在行进的火车时被陶志纲用枪击中，箱子被夺回但是王怀民被撞击后脑勺晕过去了。等他再醒来时与妻子何吟薇已是天人永隔，生下的男孩一出生就失去母亲。何吟薇临终前再三拜托杨佳蓉要替自己照顾孩子，杨佳蓉为自己没能挽回一条人命而痛哭答应。
王怀民没能从失去妻子的痛苦中走出，他质问杨佳蓉为何没有基本的医疗常识救活一条活生生的人命，但是杨佳蓉作为一名护士对于产妇大出血的情况也无能为力，陶志纲训斥王怀民为何要将所有的错怪罪在一个小姑娘身上，。王怀民没有照顾儿子，而是不断地给妻子何吟薇写信，表示失去妻子的自己唯有努力工作才能忘记痛苦，以自己一人之躯担负起两个人的理想，幸好儿子振理还有杨佳蓉帮忙照顾，否则他更加手足无措。陶志纲在观看战斗影片时始终无法忘记战场上战友对自己的一声声呼喊。
第2集剧情介绍：A所组建研究原子弹 王怀民被拒进入A所
陶志纲看的原来是美国投放原子弹的视频，而美国人时刻用原子弹在要挟中国，傅首长告知我们中国人自己也要搞一个原子弹，陶志纲不敢相信他认为原子弹没那么容易制造成功，而傅首长强调共产党人就是从什么都没有和不会到现在建立新中国，所以原子弹也不是不可能成功的，至于陶志纲的任务就是保护研究原子能的科学家们，他必须要脱掉军装潜伏保护，为了祖国不再受美国要挟，成为强大的军事国家陶志纲毅然脱下军装接受任务。
钟教授回国和研究所的老孟说起国内的科研条件与美国比对确实落后了一个世纪，但有这些归国的科学家的共同努力未来一定能赶超，至于林教授已经被成功营救不日就将回到国内。王怀民在小摊上和小贩商量着买放大镜和干涉滤光片，钟教授对干涉滤光片也很有兴趣，就在王怀民和商贩交谈中被钟教授抢了先。钟教授带着宝贝找到方明将军，方将军告诉钟教授国家现在有一件大事需要他，但是他一旦接受的话就意味着在以后的若干年里要隐姓埋名消失在世界学术领域，要改变自己的研究方向，不能获取最新的学术的成果，不能成为顶级的科学家不能实现自己的科学理想，面对这些条件，钟教授沉思片刻，坚定地回答自己愿意，愿意以身许国，方将军和傅首长都很是激动，为了国家钟教授甚至改名为钟爱国。
陶志纲接受任务为研究所A所筛选审查工作人员，A所人员审查严格很多人都被拒之门外。王怀民也来应征，他知道A所就是研究原子能的机构，他表示自己在苏联留学是研究原子能物理的专家，自己了解很多关于原子能的情况，美国的核威胁加剧中国必须尽快有自己的原子能研究机构。王怀民一心想要进入机构，他的身家阶级都很清白，父亲是驻朝英雄部队的军人，哥哥在解放战争中牺牲，陶志纲决定把王怀民的情况上报领导。
A机构召集了更多从各地名牌理工大学的毕业生前来报道，黄凯华抱着自己的孩子在大门处等待，还有从北航毕业的雷达专家丁向军和哈工大毕业的彭雄飞都应召加入，他们和许许多多受到召集的毕业生们闲聊，他们并不知道这个机构是做何方向的，但是必然事关国家机密，大家都有些兴奋。王怀民为争取进入机构拦截钟教授的车辆毛遂自荐，王怀民在中科院发表的论文钟教授都看过，他在原子能方面的研究成就钟教授很是欣赏，但是陶志纲怀抱对于王怀民的偏见阻挠其进入机构，无论钟教授如何据理力争都被其拒绝。
黄凯华因为老婆离开无音讯所以只能带着孩子去应征，在召开会议之前又把孩子寄放在医院里，对于无人看管的孩子十分为难。王怀民收到父亲的来信，母亲已经去世但是父亲依然在朝鲜继续任务无法回国，王父劝王怀民另娶良配照顾他和孩子的生活。加入A所的科学家们在陶志纲的带领下宣誓，严格遵守保密制度，承担保密国家机密安全的重要任务。宣誓完毕，钟教授拿出一块铀矿石展示给大家看，它具有核反应，在座的各位见到铀矿石都很激动，钟教授向大家交底，A所就是原子能研究机构，机构的研究方向就是原子弹，研究出属于中国自己的原子弹，为了祖国的强大和世界的和平与发展，这将是这个时代最伟大的工程，在座的各位科学家为此将奉献自己的青春。
王怀民回到家中，杨佳蓉正带着小振理照顾小兔子，振理对于杨佳蓉的依赖非常深，王怀民也十分放心地将振理交给杨佳蓉照顾。历经几年钟心终于回国，钟教授很开心女儿回到国内，父女两终于团圆，可以一起为国奉献。王怀民考虑再三决定自己来照顾振理，但是王怀民没日没夜研究、振理周末不用上幼儿园、振理生气耍脾气的时候，王怀民都无法很好地照顾好他，所以杨佳蓉根本没法放心，她不怕人家说闲话愿意照顾振理，除非王怀民愿意再婚，但这条已然行不通，所以还是由杨佳蓉来照顾。在中国核工业的研究过程中有很多苏联的科学家援助，帮助中国核工业走上起步阶段，但面对苏联专家的学术交流我国的科学家还是稍显不足。王怀民去找杨佳蓉时才知道她已经离开原来工作的医院。
第3集剧情介绍：王怀民得知杨佳蓉所受委屈 王怀民顺利加入A所
王怀民在医院同事的带领下在北京一处防疫站找到杨佳蓉，只是远远地看着未近身，同事告诉王怀民杨佳蓉为何要申请调离工作的原因是医院有谣言说杨佳蓉暗恋王怀民才故意害死何吟薇，杨佳蓉这么多年以来无怨无悔无名无分地做着振理的假妈妈，而且她不愿意王怀民知道这些，因为这么多年以来杨佳蓉一直活在自责当中。王怀民很感动杨佳蓉为自己所做的一切，决心不能再这样耽误杨佳蓉。
钟教授和A所的领导与苏联专家见面表示有苏联的帮助加上国内科学家的共同努力，中国的第一颗原子弹一定能很快爆炸成功，苏联专家却预判需要十年，美国曼哈顿计划投入很多人力物力也花了三年，苏联举全国之力也花费了五年，考虑到中国的综合国力十年不长，苏联专家提出需要一位得到过苏联功勋院士认可的科学家王怀民，陶志纲为拒绝过王怀民感到很震惊。会后陶志纲向傅首长坦白王怀民的事情，傅首长批评并卸下了陶志纲这么久以来一直扎着的军用皮腰带让他要放下过去。王怀民顺利进入A所，但是陶志纲对王怀民偏见依然存在，王怀民借着法的讽刺陶志纲眼界不明。
王怀民进入A所就看见正在拉琴的钟心，一时想起了自己的妻子何吟薇。钟心的琴声引得大家的掌声，但也引来了陶志纲的质询并与其产生争执，钟教授赶到时向陶志纲解释钟心的情况暂时化解了矛盾。彭雄飞和黄凯华针对中西方科学文化的重要性发生辩论，二者各执己见回到宿舍却看见早早等在里面的王怀民，王怀民与大家做了个简短的介绍和说明，并在宿舍布置了各种保持安静的标语，布置完成临离开宿舍前还向彭雄飞澄清当年在苏联带领同学们争取权益的是黄凯华。
丁向军却认为王怀民是个精神不太正常的人。钟心的美国官司败诉不能在研究成果上署名，美国就是自诩民主其实充斥着种族歧视，钟心才明白没有祖国的中国人不会被外国人瞧得起。钟心正与父亲争执关于问题的假设，正巧王怀民赶到，钟心向王怀民提问改变自己的研究方向他是否愿意，王怀民比喻自己为疯子，愿意去完成一项很难完成的任务，以此说服了钟心。钟教授诚心欢迎王怀民加入A所共同为国家研制原子弹，王怀民倒是很怀疑钟教授的真实身份，钟教授一再说明自己只是个爱国者。
黄凯华从医院接回孩子小建国去见妻子，妻子君怡抱怨黄凯华完全把自己投身于机密工作而不曾体谅自己的辛苦，两人因为黄凯华的事业问题再次谈崩，君怡提出离婚决绝离开。杨佳蓉收到组织推荐入学高级医师班，她多年来的梦想就要实现了。苏联专家的第一堂课就给A所科学家提出要在半年内学会俄语并且不允许会俄语的人搞特殊化提前进入原子弹研究，这让王怀民和黄凯华很是无奈。王怀民从原来的幼儿园接走振理并送入另外的托儿所，振理已然是不认识爸爸，正巧碰见黄凯华也把建国送入托儿所，两人一番感慨。杨佳蓉找寻振理和王怀民未果很是着急。
王怀民没和其他人一起聚在一起研究而是单独制造工具。黄凯华遇见苏联专家安德烈要其为自己解释书中遇到的公式难题，但是苏联人并不想让中国人学会这样重要的原子弹制造公式。大家洗衣服闲聊的时候说起苏联专家团的团长彼得只是搞保密工作的而不是真正的物理学家，说着说着又玩笑起来。回到宿舍看见王怀民做出的一些精密仪器，彭雄飞看不上王怀民还认为他不合群，王怀民倒觉得大家都是科研人员而不是建筑工人所以不用浪费无用的时间在那些东西上面。黄凯华帮着王怀民向彭雄飞解释王怀民自从妻子去世之后背负的是两个人的科学理想所以脾气更怪。
第4集剧情介绍：中苏转移原子弹模型失败 钟心加入A所研究团
陶志纲怀疑王怀民偷窃资料随意翻动王怀民的物品，两人起了一番争执，但属下告知陶志纲丢失文件已经找到，陶志纲没有认错还警告王怀民让拿来锻炼的自制自行车回位。陶志纲面对苏联专家递还已经找到的资料，苏联人还为陶志纲随便找人搜查驻地生气，但是陶志纲再三强调文件在苏联驻地找到苏联人自己弄丢了，这一说让彼得无话可说。陶志纲对之前搜查王怀民搞坏了他的留声机感到些许愧疚，打算赔偿王怀民留声机的钱。
黄凯华、彭雄飞和丁向军三人在宿舍闲聊，说起黄凯华和妻子的事情，因为黄凯华妻子的文化程度不高所以很难理解科研工作，彭雄飞顺势说所以自己来到A所，这样也不用太费心就可以寻得一位志同道合的女科学家，他还给所里所有的女科学家都打了分，但是自从钟心一来彭雄飞的目标就彻底转移了，三人正说得开心，都被门外准备赔钱的陶志纲听见了，陶志纲对他们随便议论女同志的行为感到很生气。第二日陶志纲向傅首长汇报的时候受到表扬就飘飘然向首长告黑状，这些科学家各有各的缺点建议全部劝退另找一批。首长严厉批评陶志纲的行为并且要求要给这些科学家一些转变自己思想的时间。
中苏双方高层就原子弹试验场的位置进行讨论，因为敦煌有很多重要文物，所以无法试验发射出超过两万吨的原子弹，傅首长已经请示过中央周总理，周总理指示放弃中央重新选址，并要苏联专家兑现赠送原子弹模型的承诺，但是苏联专家提出的严格要求，要试验场的卫生完全达到标准就兑现。大家都很高兴各自去到试验场进行认真打扫，唯有王怀民带着自己专属的小工具来了。苏联专家根本不相信中国科学家们短时间内能达到标准，但事实是中国人完全做到。安德烈不明白为何可以成功，中国人的意志没有什么做不到的。
杨佳蓉找不到振理只能选择报警，而后回家等待消息。与之对应的是A所也在焦急地等待着原子弹模型，但得到的消息是由于技术原因原子弹模型无法转交，这让大家十分失望。钟心带了很多行李到A所报道，被严格翻查，钟心的许多物品陶志纲和其他同志都完全不知道，陶志纲向钟心表示不能瞧不起在艰苦环境中奋斗的同志。钟心报道A所被邀请去男生宿舍，彭雄飞的小心思表露无疑，大家都很兴奋，只有王怀民待在宿舍外继续自己的研究。
杨佳蓉找不到振理和王怀民心里一直不踏实，朋友劝杨佳蓉放弃王怀民，人家是高级别的科学家可能进入了更加保密性高的研究机构，而且人家这么做就是不想耽误杨佳蓉，杨佳蓉都明白只是担心王怀民无法照顾好振理，她再三恳求朋友一定要帮助自己找到振理。宿舍中的聚会还在进行，钟心关心原子弹研制进度，但是大家把话题又转移到了钟心和彭雄飞的个人问题上。钟心玩笑过后顺嘴还关心了王怀民，大家都说王怀民是科学怪人。
陶志纲趁着没人打算自学物理却又学不明白，偷摸着学见有人进来又藏了起来。大家又讨论起苏联带领进度缓慢的事情，王怀民听见立刻冲进宿舍提议大家成立秘密小组自己进行理论问题的研究而不要依赖苏联人，但是黄凯华和彭雄飞反对，理论是知识的基础，先应该掌握苏联人的基础理论再在此上进行研究才不会走歪路，钟心赞成王怀民，建议分成两个小组，一个小组寻找问题反推理论，另一个小组带着问题压榨苏联专家，两个小组共同研究齐头并进。大家都赞成钟心，于是第二日就去向陶志纲提议邀请苏联专家参与欢迎舞会。
第5集剧情介绍：苏联人拖延原子弹进程 杨佳蓉找到王怀民父子
研究组和压榨组分别执行自己的任务，压榨组在钟心的带领下去找陶志纲要求召开欢迎舞会，苏联专家也找过陶志纲要求舞会且要邀请所里的女同志，但是陶志纲认为这有伤风化，但是钟心再三要求陶志纲终于同意。会场布置都由钟心操办，陶志纲负责检查会场安保，对着镭射灯以为是原子弹模型被钟心嘲笑。王怀民被迫请到舞会无事可干只得在一旁看书计算。钟心和丁向军、黄凯华等都借着舞会向苏联专家提问，但收获甚微。
王怀民在一旁和一位苏联专家因为破解数独杠上比赛，钟心邀请陶志纲跳舞不仅被拒绝海北陶志纲一通数落。黄凯华实在忍不了直接找到彼得说明中国真的很需要原子弹挺起腰板希望苏联专家能尽快进入正题。第二日苏联专家伊万的授课虽然多了学术内容，却全是照本宣科，而且与他原本的专业完全不搭架，众人十分失望。钟心询问王怀民研究组什么时候开始，原来王怀民一直在翻译的专业俄文资料，并且其中有很多重要的苏联人没有给的书籍，彭雄飞也理解了王怀民这段时间所做的努力，此时王怀民的书籍被大量印刷分发成为了大家的助力。
所里的科学家都集中在王怀民的寝室里听王怀民讲解书籍内容。钟心与王怀民谈起她以前最讨厌科学家的类型，王怀民则说科学家本就不是被人喜欢的，只是引领方向的航标。科学家属于未来却活在现在，科学家本来就是孤独的存在，如果人生伴侣恰好是研究伙伴那也是很幸运的事情，钟心有所触动，对王怀民颇有好感。两人聊得正好，钟教授突然出现说自己要有事离开段时间，希望王怀民照顾钟心，但是王怀民拒绝，钟教授认为王怀民很适合钟心。
钟教授与工程团团长王明山从敦煌出发经过玉门关进入罗布泊荒漠寻找试验场选址。任务有些艰巨，需要工程团带领保护。彭雄飞和丁向军、黄凯华和苏联专家斗酒打赌，苏联输了就要写下原子弹方程式，中国科学家输了就要天天请苏联人喝酒，但是苏联人酒量太好根本不能赢过，一个个都喝的软塌塌的被苏联人嘲笑，陶志纲将醉酒的人带回，自己留下与苏联人拼酒，比赛似乎是赢了但是还是没能拿到方程式。第二日，苏联专家开始讲授原子弹的基础构造，但为了保证苏联设计图的秘密性禁止记录和画图，还要求陶志纲监督大家，王怀民等分工合作每人记下一块区域的内容。
安德烈一讲解完毕内容就立即被擦掉，而且他还指明王怀民等私下研究搞小动作做些无用功。王怀民、黄凯华、彭雄飞和钟心虽然把大致的图样给记录下来，但是合在一起的方程式数字不对而且这只是人家的简单数据，核心数据根本没有向中国人透露。这样一来，除了钟心和彭雄飞，王怀民与黄凯华却有些失去信心。杨佳蓉终于找到了振理所在的幼儿园，面对年幼的振理，杨佳蓉很是心疼对着王怀民一通激动劝慰，杨佳蓉可以不做王怀民妻子但是可以做振理妈妈，王怀民最终同意由杨佳蓉照顾。
王怀民回到宿舍提笔给何吟薇写信，原子弹研究进展艰难，振理和杨佳蓉的事情他也需要好好考虑。钟教授和工程团进入罗布泊深处遇到大的沙尘暴伴随着飞石，士兵和科学家都受了轻伤，只是风沙还未过去大家可能面临迷路，路还要继续走下去，但是战士们都要一个解释，自己到底在执行什么任务。
第6集剧情介绍：苏联专家解除援助撤离中国 中国确定自主研发原子弹
沙漠条件艰苦，王明山带领的战士们几乎坚持不住。王明山得到了上级的允许，告诉大家正在执行的是寻找原子弹试爆地点的任务，钟教授给战士们讲解我们的国家正受着美帝国主义核武器的威胁，只有我们拥有了核武器就能抵抗帝国主义的威胁，是这个时代最伟大的任务。战士们听后热泪盈眶，表示就算牺牲也值得。苏联仍然没有送来模型，大家再次失望离开。苏联人总是诸多借口拒绝运送原子弹模型。王怀民想起钟心有照相机，于是新的计划开始了。王怀民等人用相机拍下了黑板上被擦掉的图，又在暗房做技术处理，不断拼图计算。大家夜以继日不断拼凑。
终于，一幅完整的原子弹内部结构图被拼凑出来，众人雀跃欢呼。大家商量着在发生变故之前尽可能多的掌握更多的知识和技术。不料陶志纲突然闯进来询问，而且是接到举报说这几个人特别活跃，陶志纲和众人抢夺照相机的时候曝光了相机底片，毁了大家收集到的所有资料。王怀民一通科学理论怒怼陶志纲让其无言以对。A所保密包制度实行，每个同志上下班都要领取和送还保密资料。王怀民对保密包计划信心十足，他的大脑完全可以记住所有的知识。黄凯华妻子向其提出离婚并带走孩子，陶志纲愿给黄凯华提出帮助，但是黄凯华决心已定还是签下了离婚协议。
陶志纲告诉黄凯华保密包不是针对他们几个而是更好的保护资料安全，黄凯华告诉陶志纲王怀民的事情而且劝告陶志纲更多地去了解这些科学家们。杨佳蓉冒着雨接振理回家，振理十分开心。钟心在男生水房帮王怀民和其他科学家洗衣，王怀民突然闯进水房告诉大家之前研究的九号核材料利用率低爆点低，改用五号材料，大家重新计算模型公式，再继续压榨苏联专家一定能成功研制五号材料。陶志纲告诉大家一个沉重的消息：苏联人撤走了。苏联专家离开前，把所有带不走的资料都烧毁了。苏联单方面解除原子弹援助条约，大家情绪激动要抢回资料被拦截。但苏联之前在华所做的一切为中国第一颗原子弹研制成功打下基础。
黄凯华突然向大家宣布自己放弃研究且离婚的事情，黄凯华虽然甘心为祖国的一切奉献自己，哪怕是妻离子散只要能造成原子弹自己也认了，但是现在可能造不出原子弹自己的价值和意义全无。黄凯华第二日写信给妻子愿意调回广州与其团聚请求复婚。陶志纲紧张国家放弃制造原子弹，和傅首长说实话自己对于原子弹的感受，但是被傅首长批评，两人争辩原子弹造出不易困难重重。
王怀民去看杨佳蓉和孩子，结果杨佳蓉因为工作和照顾振理染上重感冒晕倒住院，王怀民才从杨佳蓉朋友处得知杨佳蓉是南京大屠杀的亲历者，家人全部在南京大屠杀中遇难。朋友向王怀民指明杨佳蓉的心意。黄凯华收到妻子再婚的回信，彭雄飞也得到苏联专家全面撤离的消息，两人心情不佳一起去喝酒。杨佳蓉醒来看见王怀民所做的一切很开心，杨佳蓉隐瞒1949年见过王怀民事实而且鼓励王怀民去找到自己的志同道合的人。
林安城教授带来了毛主席说的话我们可以自己试试，苏联人帮忙是好，不帮忙我们也可以。苏联专家撤走之后留给中国人的是更广阔的舞台，有更多科学英雄崛起，并且中国的三个铀矿厂都即将投入使用，那么中国要自己做原子弹，走出一条自己的原子弹之路，这个消息令众人热血沸腾。大家齐声喊着自力更生，艰苦奋斗的口号，誓要造出中国人自己的原子弹。
第7集剧情介绍：A所意外得到苏联资料 正式开始原子弹基础理论
陶志纲依旧梦见惨烈的朝鲜战场上战友们牺牲的样子，从梦中醒来还是紧张得很。研究所收到了一个写着“王收”的皮箱子，陶志纲万分警惕，隔离在草地上进行炸弹检测并且把王怀民控制起来，确定箱子安全之后彭雄飞第一个跑过去打开箱子，不想箱子装的竟然全是原子弹的相关资料，来信确定是安德烈给王怀民写下的一大段关于本心的话，安德烈相信中国有这批年轻的科学家就一定可以研制出原子弹。
大家都在整理资料和数据，得出来的模型更加详细，但是很多资料都被烧毁还需要大量的时间和人力来补足，王怀民提出的五号原材料研究已经被专家通过。钟培林宣布，为了记住撕毁协议和自力更生的这一个月，第一颗原子弹代号“596”。杨佳蓉已经准备出院，王怀民原计划也会去迎接生病的杨佳蓉出院，不料黄凯华等人在苏联的残卷里找到了一个宝贝，但是遇见了一个很难解开的方程式，他忍不住又拿起纸笔算了起来。杨佳蓉病才刚好就因为医院急诊科医生短缺而去帮忙，拜托朋友刘丽帮振理带回家，刘丽劝杨佳蓉不要再等王怀民，但是杨佳蓉还是喜欢着他。
王怀民等人计算方程式忘记时间直到天黑终于成功，他才意识到天黑自己还没去过医院。杨佳蓉正在医院急救病人。王怀民向钟心说出这几年都是由杨佳蓉照顾振理的事情，这次没能去成医院也没办法只能回头再感谢。王怀民和钟心在路上看见一个人默念牛顿定律的陶志纲，陶志纲不愿意被人看见自己在偷学物理，而且还是为了造原子弹，王怀民倒是想教陶志纲学习物理，但是钟心提议应该开个物理学习班让有兴趣的同志都去，陶志纲特别想去但是为了面子傲娇了一把，陶志纲针对照相机和留声机向钟心和王怀民道歉并要帮他们修理，两人赶紧离开。
A所的实验楼终于建成了，大家都开开心心地进入新楼拿着报道卡去各自的研究室报道，暂新的工作场所让大家惊喜得很，研究一室是基础实验室领头的实验室，彭雄飞更喜欢爆破实验于是分到了研究二室，钟心也想去二室却被彭雄飞阻拦，在彭雄飞的劝说下钟心还是决定留在一室。黄凯华不懂彭雄飞为什么要放弃和钟心独处的好机会，彭雄飞说自己不是一个徇私情的人，工作就是工作，而且让钟心了解自己的为人更贱能征服钟心，黄凯华一阵无语。
戈壁滩上罗布泊，战士们正在为建立新的实验基地而艰苦奋斗，迎着艰难的沙漠环境不停地劳作。团长王明山收到了儿子王怀民的家信，信中留了一张振理的照片，但是信件内容泛泛，信封上也只留了一个邮箱号，王明山怀疑儿子也在一个保密单位工作。王怀民到幼儿园见振理但是一见面，振理就问杨佳蓉在哪，但是王怀民也不知道杨佳蓉的去处。黄凯华和王怀民围绕原子弹“枪式”和“内爆式”的研究方向产生了激烈争执，众人僵持不下。钟教授也认为应该先搞枪式引爆的原子弹，但是王怀民提出反对，所里还有很多同志根本不懂得枪式和内爆式的区别，钟教授简单解释枪式威力较小内爆式威力更大。
钟教授解释完毕之后，陶志纲却突然站起来发言说自己觉得枪式不好，胆子太小的原子弹还叫什么原子弹，本来在原子弹方面就落后于帝国主义，既然要干就要干大的。钟心和陶志纲第一次互相认同对方。最终钟培林决定成立“枪式”和“内爆式”两个研究小组双管齐下，但是科学家自愿选择小组，整个一室只有四个选择内爆式，钟心很担心人少不足但是王怀民倒无所谓，钟教授透露上级会增派很多科研人员可以自己去争取。
第8集剧情介绍：杨佳蓉进入A所医务室 内爆组进展缓于枪式组
扩招的新同志是各个单位的精英有一百零八个人，他们来到A所的这年开始中国自主研究核武器进入攻关阶段。杨佳蓉也进入了A所医务室。又到了枪式和内爆式两个小组争夺人才的时候了，钟心代表内爆组抢的火热，可是王怀民无所谓同志的选择，于是大家都选择了更为简单容易达到的枪式组，只剩下叶昆明被钟心强拉了过来，但是叶昆明很想选择枪式组，王怀民了解叶昆明的实力用专业的知识将叶昆明说到懵逼半推半就留了下来。
杨佳蓉一到医务室就被医务室主任挑剔，杨佳蓉并不服气，于是被牛玲打发去整理如山的医疗档案。幸好医务室里有位前辈石红英还能和杨佳蓉聊上天和她简单介绍医务室的档案为何如此混乱。叶昆明在内爆组十分不开心，内爆组人员少得让钟心生气，于是钟心划分界限各自比赛研究。黄凯华去买书莫名其妙和收银员有一段对话，似乎是隔壁的女收银员引起的。
杨佳蓉独自整理档案，夜晚王怀民因感冒到医务室取药门敲得很响，杨佳蓉出门查看但是档案要整理就错过了与王怀民的见面。杨佳蓉去询问石红英的时候已经能猜到是王怀民，急急匆匆出门去寻却又未见他的身影。爆轰实验场，彭雄飞始终冲在第一线，因为只有在刚爆破完毕就去收集数据才是最准确的，彭雄飞不顾个人安危让王怀民深受感动。杨佳蓉在食堂也不断寻找王怀民的影子却未发现。
王怀民等人始终在实验的第一线，但是内爆式的准备工序还是过于复杂根本就没有进入实验阶段，钟心和王怀民只好去搅炸药。搅动的炸药气味让人无法承受，但为了核弹的诞生大家依然坚持。一次次的实验得出的成品与所要的样子相差很远，实验再次失败，大家很是失望。钟心到医务室看见杨佳蓉生病站着打吊瓶关心几句，但是钟心的伤口引起了杨佳蓉的注意，杨佳蓉帮她开药。
钟心帮杨佳蓉整理档案，拿到的档案恰好是王怀民的，此时杨佳蓉正在整理其他档案，又一次错过了王怀民的信息。彭雄飞突然对黄凯华说波形实验一个月不达标就和他姓，大家一阵哄笑，又关心王怀民小组的进度，内爆组的进度缓慢，一方面是因为研究人才少一方面也是因为实在太过复杂所费时间要许多，王怀民不搭理其他人。于是他们的话题一会又聊到与钟心的感情进展上。
牛玲下班前发现档案室依然有人，随后看到了焕然一新的档案室，又看见生病依然坚守的杨佳蓉，她也很感动。枪式组的进度很快占用了内爆组的黑板位置，内爆组被枪式组包围根本无法讨论进度。牛玲因为杨佳蓉前一晚的表现对诚恳地向杨佳蓉道歉，并告诉杨佳蓉A所的研究方向是核武器。
第9集剧情介绍：杨佳蓉确定王怀民在A所 王怀民意外遭遇铀泄露
王怀民在食堂里和组员讲解内爆式原子弹原理，但是五号材料推动和中子源等都是未知的，因为众多的未知都需要去探索，所以大家都有些丧气，王怀民认为自主研究原子弹就是需要从头开始。王怀民规划出了计算的重点和研究方向，给众人各自安排任务。叶昆明和组员李光华一起，而钟心和张来一组。大家各自领了任务去完成。牛玲和杨佳蓉完全坦白A所的研究方向和承担的任务，杨佳蓉觉得这样太过危险需要很多牺牲。牛玲喊住杨佳蓉仔细给她讲解A所医务室的任务，就是为了帮助这些科学家保护身体，防止辐射伤害大家，杨佳蓉听完之后愿意帮助牛玲一起。
杨佳蓉坐车赶去接振理，王怀民也急着赶车要被黄凯华喊住讨论内爆组的进度问题。可惜王怀民差了时间没能赶上公交车与杨佳蓉还是错过了。黄凯华又去到图书馆购买书籍，但是太过入迷研究数据和女收银员闹了个误会。王怀民终于赶到幼儿园和振理、杨佳蓉见面。三人一起开开心心地一起去玩耍，像真正的一家人一样又一起吃晚饭，杨佳蓉和王怀民提起自己调到了一个新单位而且也是保密单位，杨佳蓉有点暗示王怀民自己与他是一个单位的，但是王怀民否认了这个问题。振理开口喊杨佳蓉和王怀民爸爸妈妈，幸福的感觉在三个人直接蔓延，王怀民离开时振理抱着爸爸开心地汇报自己的科学课成绩最棒，有父母的感觉对于振理是很好的。
黄凯华在图书馆感受到了女收银员的爱慕之意也很开心。王怀民也在不停地回想振理的话，直到钟心喊他一起去401所。401所很大里面每个人都在做着实验，傅首长对钟心和王怀民说这个研究所很大，但是是专门为原子弹服务的，这是国之重器，而这个核反应堆等着钟心和王怀民有任何研究成果就可以真正发挥作用。王怀民和钟心热血沸腾不断地实验，医务室的同志们也不断在学习医学知识希望能保护到科学家们。钟心和王怀民做实验时意外突发，铀泄露，但是剂量可能较低，王怀民吸入辐射气体被紧急送入医院。
王怀民与杨佳蓉终于见面，杨佳蓉为王怀民检测身体辐射剂量，杨佳蓉却斥责王怀民忽视安全，根本没有考虑振理的感受，也因他研制武器而难过。王怀民着急知道自己到底有没有剂量过度要回去做实验，但是被杨佳蓉再次斥责留下休息。枪式组陷入瓶颈，由于设备落后等原因研究没有进展，当量过小让黄凯华隐约怀疑研究方向是不是有问题。幸好王怀民的身体没有受到辐射的损失，但是他一得知自己的情况就立刻要回去工作，正说着，钟心到医务室找王怀民问情况，等王怀民离开之后，杨佳蓉将王怀民的药给了钟心嘱咐其盯着王怀民吃药。
枪式组的几组实验结果已经出来，但是数据都很不对劲，丁向军有点不在乎最终的原子弹效果只想完成任务，黄凯华自然不能同意，不说原子弹效果完全不如美国，而且高浓缩的五号材料贵的惊人，不能再给人民和国家添负担，大家虽然有些泄气但在丁向军的鼓励下还是打起精神继续努力。钟心忍不住向王怀民打听他和杨佳蓉的事情，这时彭雄飞大喊着闯进来询问钟心的伤势，知道发生意外的是王怀民，彭雄飞顿时安心。大家发现彭雄飞因为过度实验，已经产生阵发性耳聋，彭雄飞却毫不在意自己的耳朵，高兴宣布全国最好的炸药已经配制成功，彭雄飞全程都很激动而且不暗藏自己对钟心的心思。
钟培林兴奋宣布，五院的科学家们已经成功发射了第一枚导弹，大家既为此兴奋又感到压力。傅首长鼓励在座的各位再接再厉，国家和人民等待着原子弹的出现。王怀民变得很奇怪按时按点地去医务室报道检查身体，还特地询问杨佳蓉在不在。黄凯华自从上一次收获女收银员的小小爱慕之意之后再次去到图书馆打算和女收银员搭话，犹犹豫豫不敢上前。
第10集剧情介绍：四人组同时受伤住院 内爆组理论取得进展
王怀民再次去医务室体检特意向石红英打听杨佳蓉是否在岗被杨佳蓉听见。黄凯华到图书馆想再次找女收银员搭讪，扭扭捏捏想要和人家说好却没办法搭上腔。王怀民走在路上没看路被人撞伤正好遇见因为计算数据没小心道路受伤的黄凯华。陶志纲因为王怀民受伤着急去找医生帮忙看病，哪知与杨佳蓉遇见两人互认，石红英给杨佳蓉介绍了陶志纲是所里的大黑脸。等石红英走后，陶志纲提醒杨佳蓉王怀民也在这里上班，等会看病不要给好脸色。杨佳蓉和陶志纲说了这些科学家频繁受伤的原因可能是因为吃不饱饭导致注意力下降。
正说着呢，彭雄飞因为耳聋被梁星强行押来医务室检查，四人组就差钟心未来，哪知道钟心也因为建模打瞌睡受伤来了医务室，四人齐聚医务室，被杨佳蓉教训几个人哪像科学家连自己都无法照顾好。四个人热热闹闹地说自己怎么受伤的，杨佳蓉却一个人陷入了深思。杨佳蓉不知道怎么面对王怀民，王怀民却开导其如果祖国拥有了原子弹，那么就没有人敢投放原子弹，在美国人眼里中国是绝对不能崛起的所以才会拼命打压中国的发展。一旦中国拥有核武器，美国就会忌惮中国，就会更加权衡原子弹的使用。杨佳蓉终于解开心结明白了中国拥有原子弹的重要性，也更能理解这些科学家的奋不顾身。
彭雄飞还是很感动钟心送给自己的耳包还想着要给她开小灶作为感谢。杨佳蓉认为王怀民有所改变比以前更有耐心和自己讲解这么多，说着大家都来了，还调侃杨佳蓉和王怀民单独聊天，杨佳蓉玩笑似地整治黄凯华和彭雄飞下星期再出院，这两人吓得赶紧讨好杨佳蓉。傅首长和陶志纲交代上级为了照顾科学家从外地调粮，所以所里除了科学家之外没有人能多吃口粮。钟心有点郁闷王怀民和杨佳蓉的感情，和彭雄飞聊天时问是不是所有的男生都喜欢像杨佳蓉那种温柔细心的女生，彭雄飞喜欢钟心自然开解，表示自己就是喜欢努力奋斗独立的女生，哪知道陶志纲就在身后听着突然冒出一句中国男人就是喜欢温柔细心的女生，把钟心气到不行直接怼回陶志纲然后生气离开。
杨佳蓉告知住院四人组可以出院，大家都兴奋地不行可以回去继续研究，杨佳蓉祝福大家可以早日研究出原子弹。彭雄飞好心问黄凯华需不需要自己帮忙实验验证理论，黄凯华和丁向军不好说出组内面临的问题。那么彭雄飞的研究二室就会向困难重重的内爆组倾斜。丁向军和黄凯华针对枪式组的问题展开激烈讨论，丁向军忽略原子弹实用和多种效能直接更换剂量制造更大当量的原子弹，而黄凯华十分犹豫。彭雄飞一出院就去找理发师修剪发型，对着镜子目不转睛。内爆组在激烈讨论冲击波的变化问题时，彭雄飞突然冒出来和大家提议可以用镜子的原理来继续研究，而王怀民针对镜子原理进行了深化分析运用高低两种炸药做成。内爆组进展不错，这让黄凯华有些着急和难受。
黄凯华一个人在院子里发呆遇见钟教授，钟教授关心黄凯华有无遇上什么问题，并且安慰其枪式原子弹经过了几位老同志的一致同意，所以都对其抱有很大的期望，所以会在所里召开一次扩大会议把老同志们再次请来决定研究的最终方向，要黄凯华好好准备汇报。彭雄飞又在实验的第一线交代组员如何试验爆破，这一次的爆破已经为未来爆炸出更大的蘑菇云迈出了第一步。黄凯华因为要在扩大会议上为枪式原子弹做汇报而感到很大压力，慢慢走着却去到了图书馆和女收银员见面。
彭雄飞开心地洗好头发和丁向军借了西装就要出去。黄凯华却和女收银员漫步在小路上聊天，因为职业的保密性不得向女生透露自己的研究方向，女生主动向黄凯华介绍自己叫江水宁，而且自从那次黄凯华向自己递过来一张写满数字符号的纸而觉得黄凯华是个很厉害的人，江水宁很崇拜黄凯华这样为人民奉献的科学家，得到了江水宁的鼓励让黄凯华很感动很开心。两人分别时还有些不舍。钟心得到了学术扩大会的消息，这就是一场学术辩论大会。因为爆破实验取得阶段性的成果，所以彭雄飞捧着花打扮正式向钟心告白，而且压根不听钟心的解释一直表白心意，在表白关键性时刻，陶志纲却带着彭雄飞的未婚妻到来了。
第11集剧情介绍：彭雄飞未婚妻找上门 原子弹确定采用内爆式
彭雄飞看着迎面走来的衣着破烂情绪崩溃痛哭的女人不敢相认，是他的未婚妻彩兰哭着栽倒在彭雄飞的怀里。彩兰走遍了大半个中国才通过组织指点找到了彭雄飞，彭雄飞的奶奶因为把最后的口粮接济村里的孩子而去世。彭雄飞感谢彩兰照顾自己的奶奶不断给彩兰磕头，但是不想和彩兰结为正式的夫妻，彩兰说奶奶千叮咛万嘱咐要照顾好可以成为大科学家的彭雄飞。彭雄飞听完之后只知道痛苦而再也说不出话来。陶志纲和钟心站在门外看着里面的一切，陶志纲给钟心讲述了彩兰一路上走来发生的一切有多么不容易，没有文化愣是辗转大半个中国，忍饥挨饿伤痕累累才找到彭雄飞。
钟心也很感动彩兰姐的经历，感叹彩兰才是彭雄飞的天作之合。一番安排之后，彩兰换好衣服整理好一切由杨佳蓉带出A所进行安顿，彭雄飞根本不想彩兰留下，但碍于陶志纲劝说还是接受了彩兰留下的事实。彩兰一心向着彭雄飞，连所里给她的口粮也省出来给了彭雄飞。彩兰走之后彭雄飞满脸不开心回到了宿舍，正碰见黄凯华和丁向军在商量枪式组在扩大会议上发言的事，两人让彭雄飞避开还调侃了他。黄凯华接过丁向军给的枪式组研究定稿，还是坚定地说出了让枪式组所有同志放心的话。
第二日扩大会议开始，丁向军信心十足的作出了阶段性研究成果的汇报，钟教授表扬了丁向军和钟心的发言，肯定两组都有一定的成绩。轮到各组组长发言的时候，黄凯华犹犹豫豫最终说出国家第一颗原子弹的结构应该选择内爆式，枪式组的同志听完之后议论纷纷，黄凯华还是坚定地说出内爆式所有的好处，两个方案都切实可行的情况下，应该选择更好的。因为枪式组当量不足，耗费了国家大量的财力物力，所以不能继续浪费国家的物资而应该让更有所为的内爆式成为继续研究的方向。大家都佩服于黄凯华尊重科学事实的大将风范。钟教授在大家鼓掌之后开始发言总结，表扬黄凯华的不容易能战胜私心和自我荣誉，为国家而做出正确选择。
黄凯华却有些不好意思接受表扬，钟教授最终宣布确认原子弹研究方向为内爆式，之后将研究一室的所有人力都投入到内爆式的研究中。大家都认同了最终的决定只有丁向军一直愤愤不平。会议结束之后，彭雄飞找到钟心想要解释彩兰的事情，但是钟心根本不在乎还大方祝福了彭雄飞。彭雄飞想要彩兰回去已经给她找好了校工的工作，彩兰不想离开只要留下照顾彭雄飞，彭雄飞坚定地说出了与彩兰不是夫妻的决绝之话，两人的婚约是封建社会留下的糟粕，以后会把她当作亲姐姐而不是妻子，彭雄飞扔下生活费就离开了。彩兰心里哭也没有放声痛哭只是闹不明白为啥彭雄飞要抛弃自己。
黄凯华独自对着黑板上枪式组的总结发愣，最终擦掉了所有的理论。王怀民表示自己没有勇气作出和黄凯华一样的决定，但是就是国家的存在就能让人忘了自己只想着国家的利益，王怀民和黄凯华握手心心相惜。杨佳蓉去宿舍找王怀民问彭雄飞的事情，请王怀民帮忙劝说彭雄飞不要欺负彩兰，王怀民不好劝说因为彭雄飞非常痛恨这种封建，如果强让两个人在一起那可能是悲剧的开始，彩兰和彭雄飞不能互相理解。杨佳蓉以为王怀民的意思是只有科学家和科学家才能在一起，伤心离开。
钟心决定召开舞会鼓舞大家志气，陶志纲在实验室找到王怀民抓来一起参加舞会，陶志纲刻意躲开钟心，钟心逼问陶志纲为何躲开自己，陶志纲说了几句理由就赶紧避开钟心溜进了大厅。钟心找到工作的王怀民要与其一边舞蹈一边讨论中子原理的事情。在一旁看着的彭雄飞很是难受，但他坚持钟心对自己是有误会的，彭雄飞已经要送走彩兰对钟心当然不死心。彩兰也很不舍得离开，杨佳蓉本来打算去舞会找王怀民结果看见和钟心共舞的王怀民，于是只留下字条让陶志纲转交。钟心直接问王怀民对杨佳蓉的感情如何，得不到回答之后直接对王怀民表白，王怀民还是拒绝回答，然后钟心也生气离开了。
第12集剧情介绍：杨佳蓉主动出差实习 特务潜入破坏研究所
钟教授在舞会给大家作出总结，原子弹研究过程中还存在许多难关需要突破，即使是这样，难关最终可以度过，因为原子弹罗布泊研究基地就要建成，这项壮举是全国人民和毛主席都在看着的，必须要有信心完成。丁香局喝醉酒询问黄凯华为什么要放弃枪式，那么多同志没日没夜地研究理论，是黄凯华说放弃就放弃的嘛，丁向军始终无法理解黄凯华背叛枪式的原因，丁向军只在乎最终原子弹成功荣誉没有自己，黄凯华劝说丁向军不要太在乎个人荣誉，但是丁向军根本无法放弃自己的前途和地位这让黄凯华很是失望，丁向军已经在歧路上无法挽救。
舞会散场，陶志纲将杨佳蓉留下的字条交给王怀民，原来是振理高烧住院。钟心因为王怀民对自己的态度有些伤心在陶志纲面前红着眼让陶志纲有些奇怪。王怀民匆忙赶到医院，看着杨佳蓉被雨淋湿却依然照顾振理，急忙拿毛巾为她擦拭，举手投足间情意暗显。振理生病需要陪床但是王怀民没有时间，杨佳蓉再一次主动承担，王怀民感谢杨佳蓉这些年为自己和振理的付出，这些也是别人无法替代的。杨佳蓉说自己一直在研究辐射防护，有一天也能成为科学家，王怀民坚信不疑。王怀民对杨佳蓉产生了感情但是却害怕爱上别人的那一刻何吟薇在自己心中消失。
钟心向父亲钟教授求助关于中子源研究的材料问题，钟教授近期出差中可能可以给钟心带回，但是当钟教授问起钟心与王怀民的问题时，钟心避开了。杨佳蓉向牛玲请求去最艰苦的地方实习，但是牛玲考虑到杨佳蓉太过年轻不放心其去冒险，但在杨佳蓉的再三恳求劝说下还是成行。彭雄飞在食堂遇到身穿工作服的李彩兰，这才知道李彩兰竟然留在了A所食堂上班。彭雄飞质问彩兰为何会在食堂，留在A所工作是陶志纲安排的，还鼓励两人谈恋爱，彭雄飞被彩兰的一番话说的无语，旁的人还让彭雄飞早日把婚礼办了。张来因为被撞工作包被特务掉包。
特务“信鸽”潜入实验室窃密，钟心正好去实验室工作，时间过了许久钟心依然没有完成计算，特务心急打算刺伤钟心，正巧王怀民来找钟心正好瞥见特务留在桌上的张来的包，意识到可能是有坏人潜入，要拉走钟心却被特务阻拦，搏斗中王怀民为保护钟心受伤，幸好陶志纲及时赶到抓住特务。随后封锁全所不容许一个人外出，严格检查证件，审问特务抓住同伙张炎却被其服毒自尽。钟心盯着受伤的王怀民让其很不自在，本来已经对王怀民心如止水的钟心因为这件事情对王怀民再次爱慕，王怀民还是无法思考感情问题。
王怀民从石红英嘴里得知杨佳蓉出差但很快会回来，钟教授被特务袭击也受伤入院。特务事件虽然没有造成太大损失，但陶志纲得知特务“古扇”潜伏北京伺机而动。这些特务都是在大学时期就埋下的棋子，傅首长教育陶志纲不能像上战场打仗一样，要学会像科学家一样思考问题，陶志纲愿意为这件事情承担处分。钟教授中度脑震荡但是不想住院耽误出差时间也不想转院治疗。
钟教授留住王怀民和钟心特意撮合二位的事情，王怀民以原子弹原理作为例子说明自己与钟心之间的不可能，钟心完全明白王怀民的心意。没有更换新通行证的彭雄飞险些被卫兵当成特务，好在黄凯华及时为彭雄飞解释这才被放行，接着又给彭雄飞解释新证的事情，新的通行证制度保障安全的同时，又给科学家们带来了麻烦。王怀民找到陶志纲要求更换高级证件可以全所通用，被陶志纲拒绝。钟教授也对傅首长提出了新证件的缺点部分，但是所内根本原则是信仰问题，所以不能放宽限制，大家都在苦恼时陶志纲却主动提出信任王怀民。
第13集剧情介绍：陶志纲离开执行新任务 钟心陶志纲相遇新基地
陶志纲虽然拒绝了王怀民，但其后仍为科学家们申请高级通行证，这令组织上对他刮目相看，陶志纲的胸怀变得更加宽广，傅首长也很赞成陶志纲的提议虽然王怀民进所以来的表现很好但还是需要多多考察科学家们的社会主义信仰，可以暂时发放一些高级别通行证以作试验。陶志纲向组织请求处分被驳回，但是委派给他远赴他乡的新任务。钟教授将陶志纲为科学家们说话的事情告诉了王怀民，同时告诉社会主义的科学家要坚定信仰不为利益不为地位只是为了国家和人民，这些道理王怀民都很明白。
众人为陶志纲饯行，钟心和黄凯华想要做些好吃的给他，但食堂什么都没有，正好彩兰管理食堂，钟心和黄凯华哄着彩兰给寻摸点东西给陶志纲做好吃的，彩兰心里也很感谢陶志纲，于是找出一些野菜做出了吃的，安排在宿舍里给陶志纲践行。大家想要和陶志纲分别都有些不舍得，提及高级别通行证的事情，唯独丁向军没有他又有些不是滋味。彭雄飞对陶志纲说出自己对彩兰的真实感情，但在陶志纲眼里彩兰这么好的女人就是一些思想不彻底的科学家们最好的榜样。彩兰去医务室看见石红英，她坐在楼梯口防止有人越狱，正好钟教授就是那个要逃走的人，立刻被拦住又回到了病房。
彩兰是来找杨佳蓉送吃的，结果杨佳蓉不在，吃的都交给了石红英。陶志纲和众人喝的七七八八，说起自己在朝鲜战场上抓住美军俘虏，俘虏嚷嚷着要给中国扔原子弹的事情，自己在战场经过的了人间炼狱，几百个战士被烧成火人，到处都是人肉烧焦的味道，陶志纲对原子弹的心结就来源于此。从前陶志纲瞧不起科学家，但现在已经把大家当成了战友不离不弃的兄弟，王怀民和大家都很感动。彭雄飞提起钟心也要出差，黄凯华不禁猜测两个人出差的目的地是同一个地方。
黄凯华对书店的女收款员江水宁颇有好感，他特意到书店寻找江水宁。王怀民脚伤痊愈收拾东西却想等着杨佳蓉，但是面对石红英又不承认。黄凯华带着咖啡给江水宁尝试又给她讲咖啡的故事，江水宁想要学习高等数学努力考上大学，但是提起自学高等数学遇到困难，希望黄凯华可以辅导，令黄凯华激动不已。陶志纲远赴西部基地，深夜狂风大作，奋力加固帐篷的陶志纲被狂风卷进了另一个帐篷，撞上钟心正在换衣服。
陶志纲一晚上都很心慌讲给战友听的时候也被一通指责更加不安。战友给她建议娶钟心对人家负责，陶志纲反应更加激烈。次日一早，陶志纲主动和钟心搭话告诉她基地没有可洗漱的水，又提出要送人家去中子源研究所，一路上还给人家科普沙漠环境，陶志纲满脸悲愤地对钟心宣布要娶她为妻。面对陶志纲的“负责”，钟心哭笑不得，直接跳下汽车伤了钟心的腿。中子源研究所迎来了一批很好的材料，钟心的表现让研究所的刘所长和左队长很是满意赞不绝口。
陶志纲跟着钟心来到中子源研究所，钟心不想让陶志纲继续跟着自己生气地一直指责，但是陶志纲只认死理就要对钟心负责任，钟心无法劝动陶志纲只好生气离开。黄凯华教江水宁数学但是江水宁一直学不会让黄凯华有些控制不住情绪，但是江水宁没有生气是要求黄凯华对自己再严厉些才能学好数学。彭雄飞不想在食堂与彩兰见面情愿不吃主食。江水宁主动做好吃的饭菜作为学费，黄凯华吃了这么多年的食堂对于家常饭菜自然喜欢。
第14集剧情介绍：王怀民上海出差 杨佳蓉出差立功
彭雄飞没有领取自己该有的口粮，彩兰下了班亲自给他送去，彭雄飞认为还是有必要聊聊两个人之间的关系，彩兰知道彭雄飞对自己没有感情但是就认死理，既然被彭家娶进门那就是彭家的媳妇，彭雄飞心里憋屈但是一口咬下彩兰做的包子就再也停不下来。黄凯华和江水宁说起王怀民的事情，在江水宁面前黄凯华承认王怀民比自己更厉害，天赋这种东西是无法超越的，江水宁却只崇拜黄凯华这样的科学家，她认为个人都在自己的岗位上尽力，最后让国家骄傲就行，不用计较谁更厉害。江水宁的话让黄凯华很开心也很宽心。
研究所里，数据汇总工作完成，研究进入新的阶段，也面临着新的难题。王怀民真诚的发言鼓舞了众人，告知大家基础理论已经完成要进入原子弹架构的研究当中了。只有丁向军神色不忿。但是不能阻挡大家继续研究的热情，每个人都各司其职计算着自己岗位上需要的数据。林教授给钟教授带了一个神秘的物件，打开却是珍贵的金属材料，钟教授立刻就要人给钟心送去。正好王怀民来找钟教授解决问题，钟教授就直接引荐了林教授给王怀民认识，林教授对王怀民的科学理论还是赞不绝口的。
王怀民在林教授的肯定下告知了现在研究室面对的问题，林教授建议王怀民将A所的一些计算任务分给华东所。王怀民也面临出差但是小振理没有人照顾，去问石红英她又嘚吧嘚吧一堆最后还是告知了王怀民，杨佳蓉回来的时间。杨佳蓉所在的研究所突发爆发可能面临核泄漏的危险，但是杨佳蓉要求全面参与核泄漏的排查和防护工作的收集，但是急救队长考虑到危险性极大不让杨佳蓉加入，杨佳蓉未得到允许的情况下直接进入现场拍照记录。
现场有一名同志遇险，杨佳蓉救护同志始终没有放弃，好在大家及时赶到杨佳蓉也安全走出现场。原来被救的那位同志是研究所的孟院长，大家都觉得杨佳蓉表现的很好得到了大家的一致认可。牛玲也感到很骄傲，杨佳蓉这才得知孟广阔院长是牛玲的爱人，并不像其他人传说的那样没有结婚，牛玲承诺以后会把杨佳蓉当作家人，问起杨佳蓉和王怀民的感情问题时，杨佳蓉有些逃避，但是牛玲告诉她不用逃避爱的问题，只有每个人都有幸福美满的家庭才能把更多的精力投入到工作当中，这一番话让杨佳蓉感触很深。
王怀民去上海出差，为杨佳蓉买了一枚蝴蝶胸针，而且提出了诸多的要求，他要求的工艺只有这家店的工人能做。钟心收到了钟教授寄给自己的原材料，打电话回复的时候按照陶志纲所说的暗语颇为搞笑和麻烦，陶志纲在电话结束之后突然掏出了一束鲜花再次向钟心求婚，钟心直接残忍拒绝这让陶志纲有些失落。陶志纲绝不气馁继续追求钟心，雷达却出现问题有不明飞行物在空中侦查基地。原来这种飞机是各类高射炮无法击中的，所以它能随意窥探我国的原子弹基地。
在做首饰盒的时候，王怀民注意到了手艺高超的工人陆大海。王怀民回到基地后向钟培林推荐陆大海，钟培林也被此人高超的手艺震撼，向领导申请将陆大海调到A所。黄凯华和丁向军因为一组方程又起了争执，王怀民几笔计算就否决了丁向军的算法，但是丁向军质疑如何才能简化算法提高效率，王怀民直接写出一个公式让大家计算，立刻得到了结果的认证，这让丁向军更加尴尬。杨佳蓉结束工作就要回家。杨佳蓉一回到A所，石红英就给她汇报了王怀民的事情。理论模型正在建构，可科学家们计算的结果与苏联数据之间始终存在差异。
第15集剧情介绍：杨佳蓉出差不舍振理 A所大部队转移至西部
杨佳蓉刚回所里收拾东西晚上又得离开，石红英却替王怀民道出了他想杨佳蓉的事实，杨佳蓉心里有些开心但始终没有作声。庞大的运算量令科学家为难，所里却只提供了算盘作为运算工具，好在科学家们有一股求知探寻和爱国的热情很快又投入到了工作当中。钟心要和钟教授沟通工作上的事情，但是陶志纲要事先编好暗语才能进行，至于钟心和父亲的私房话陶志纲不得不破例一次但要求监听随时停止，钟心把有人要强娶自己的事情和父亲说了，钟教授倒无所谓女儿的恋爱问题，钟心存心戏弄陶志纲让其吃瘪。
杨佳蓉带着振理等待王怀民，从白天到黑夜，然而繁杂的运算工作让王怀民忘记了时间。正好碰见彩兰来给张大爷送饭问起振理是谁的孩子，杨佳蓉找了个借口话题就转移到了彩兰留在所里食堂工作的事情。彩兰已经不对彭雄飞抱太多的幻想了，只想自己在这里好好活着，为国家奉献自己。杨佳蓉晚上要出差但是不知道什么时候回来如果见不了王怀民那就不知道什么时候还能再见。彩兰劝杨佳蓉去办公室找王怀民否则就要错过，杨佳蓉不肯。
大家计算的数据与苏联专家给的始终不一致，王怀民怀疑可能是苏联数据错误，还要求大家再继续计算。丁向军固执己见始终无法放开枪式的执着，对于王怀民多有不服竟然大发雷霆，对于丁向军的表现大家议论纷纷。王怀民鼓励大家钟心已经带领小组成员在西部建立了中子源，上海华东分所的同志们也在精确计算数据，大家都不是孤独地奋斗，要继续努力。杨佳蓉久等王怀民不来只好独自把振理送进了幼儿园，振理不舍得和杨佳蓉分开哭着哀求，但是为了工作杨佳蓉也不得不伤心离开。
大家每日都在为计算数据奋战，人手不足不得不征调大学生加入到基础计算当中。经过9次计算，结果全都一样，此时众人终于确信，是苏联的原始数据错了。原子弹基础理论构想报告大会召开，苏联和美国都断言中国在二十年内不能造出原子弹，但是不服输有骨气的中国人就是在艰苦的环境之下研究出了自己的原子弹理论体系。王怀民代表科学家作汇报说明，丁向军对王怀民仍然忿忿不平，王怀民对大家宣布理论构架完毕，原子弹制造工程终于可以开始。
钟心找陶志纲强调不要再纠缠自己，战友替陶志纲打掩护说其奉命去负责大部队到达的安保工作。彩兰要跟着大部队去西部基地支援，彭雄飞却突然有些不舍挽留的话始终说不出口。A所抽调精英骨干也要去西部，于是彭雄飞得知自己也要去。黄凯华顾着和江水宁道别，任务完成不了不能回北京也不能告知江水宁自己去哪，两人虽是不舍却可以通过信件继续交往。王怀民也要给振理办理转学了，带着他一起去西北读书。1962年二机党组向国家承诺会在1964或1965年完成原子弹制造，也就是这一年开始为原子弹成功形成了总攻势。
基地的同志热烈欢迎科学家们的到来，还准备了可口的饭菜。陶志纲席间不断避免钟心的眼神，彭雄飞又四处寻找彩兰的身影。席间有人浪费粮食，陶志纲见后把科学家们带到军人食堂，陶志纲让浪费粮食的科学家尝野菜汤，原来为了把粮食省给科学家们，战士们居然在喝树叶汤。科学家们吃的每一口粮食都是全国人民省下来的，不该浪费也不能浪费，大家触动都很大，把土豆和主食分发给战士们，但是战士们依然的推让，虽然分工不同但每个人的使命都很重要都想要更好的粮食。陶志纲把王怀民带至基地的河边见到了杨佳蓉。
第16集剧情介绍：西部基地陷入困境 彩兰尝试种植土豆
陶志纲带王怀民去见久别的杨佳蓉，王怀民一时激动，突发高原反应。彭雄飞在排队领取物质的时候和黄凯华说自己强烈感觉到彩兰的存在，黄凯华宽慰彭雄飞基地这么大两人相遇概率低。很多同志都有高原反应就彭雄飞活蹦乱跳的收拾东西却突然听见彩兰的声音，彭雄飞呼喊一声小李来的果然是彩兰，彩兰能干的热心肠还在。此时基地正在大面积爆发高反，医院人满为患。基地条件恶劣，寒冷和饥饿成了两大难题。如果不能及时解决饥荒问题，日后造成的后果不堪设想，更何谈继续研究原子弹，但全国的形势都是如此严重也没办法。
钟心拦住陶志纲解释清楚两人之间的事情，陶志纲就是认死理负责任要娶钟心为妻。彭雄飞在王怀民面前嘚瑟自己的身体健康，杨佳蓉一来黄凯华就识趣地带走了彭雄飞，让杨佳蓉和王怀民单独相处。王怀民一看见杨佳蓉转身就走的原因是生气杨佳蓉离开没有留下只言片语，杨佳蓉直白说出自己没有照顾振理和王怀民的义务，自己也要完成自己的任务。王怀民不得不承认杨佳蓉的话，两人的谈话对之间的感情没有任何作用。彭雄飞从黄凯华处得知陶志纲向钟心求婚的事情，恰好被钟心听见。
钟心生气地不行不仅大骂陶志纲脑子有问题而且直接断绝了自己和彭雄飞的关系。李彩兰给大家做了床垫，彭雄飞虽然嘴上不承认，心里还是记得李彩兰的好意。西部昼夜温差大必须学习特有的睡觉姿势晚上才不会被冻着。王怀民病情稍微好点就回到了宿舍研究原子弹，从包里无意中掏出了要送给杨佳蓉的胸针，王怀民上次晕倒是因为要向杨佳蓉表白但真正面对的时候却又胆怯了。基地粮食储备见底，随之而来的大旱，使所有工作都进展缓慢，基地陷入没粮没水的窘境。李彩兰心里着急，开辟了一小块田地，试着种些粮食。
基地水资源越发难得清水很少，彩兰开辟的小块田地也不容易。黄凯华将彭雄飞带至菜田让他好好看看彩兰的辛苦付出，彭雄飞喊出做网捞小鱼的彩兰，两人之间的婚约他还是不想再提起，彩兰这么久以来也没有提过婚约，彭雄飞别别扭扭说出一句关心彩兰的话让彩兰开心地不行。基地一天就一杯口粮水彩兰也省下了倒在一个罐子里。
傅首长看到彩兰的小土豆田发出了小苗但是土豆长得并不好，不光光缺水问题还有土壤，傅首长建议彩兰往里面撒一点硫磺粉试试。研究基地试验出现冷凝器报警，看到实验室机器的U形管有冷凝水，王怀民灵机一动将同志们的口粮水灌入仪器降温，温度是降下来危机也暂时解除。杨佳蓉日夜操劳，还把最后的水给了病人，自己几近昏厥又没有水可以缓解。
钟心途中遇见老格勒也要骑马，虽然骑的不错却意外快要倒下时被陶志纲扶了一把，陶志纲担心钟心出意外。杨佳蓉晕倒时幸好王怀民出现，拿出了一瓶清水让她清醒过来。钟心拿口粮水给自己做清洁，这让陶志纲看不习惯提出批评，演示沙子洗手给她看，然后又脱下鞋子把脚埋进沙子里解乏，钟心被陶志纲一激也脱下鞋子学着把脚埋进沙子里，果然很舒服解乏，这个时候气氛很好陶志纲也唱起歌来。
第17集剧情介绍：王怀民U形管收集水汽 地震破坏A所实验工作
王怀民背起虚弱的杨佳蓉路过科学家们挂着很多U形管的树木，这是利用昼夜温差收集一点点水分，王怀民答应多做些集水器也给医院一些。陶志纲将烘干的戈壁沙鼠肉哄骗钟心吃下又告诉其真相惹得钟心一阵恶心，钟心想出了不知道什么办法可以让陶志纲与自己扯平。王怀民要做集水器，其他技工都觉得难，陆大海及时接手，答应很快给王怀民成品。大海嘴硬告诉王怀民自己根本不愿意来戈壁这种没水没粮的地方，但是回到上海生活又回归平庸毫无理想平淡过完一生，而这个时代国家急需王怀民和大海这样的天才，燃烧释放自己为了让国家更好，大海认可王怀民的话转变了想法。
西部基地第一次爆轰试验，彭雄飞昏倒了，牛玲博士说这是最严重的急性高反已经引起了脑水肿。彭雄飞一开始没有出现高反但是突然集中爆发更加危险。王怀民托石红英带话给杨佳蓉要找她有事，石红英关心两人的进展又被杨佳蓉错开。经过救治，彭雄飞艰难脱险，他一醒来，就见到李彩兰端着药坐在自己床前。彭雄飞不是很想见到彩兰有点无奈还嚷嚷着要换护士，被石红英一口回绝留下彩兰继续照顾。
夜晚，杨佳蓉一个人留在实验室做防辐射实验，因为连续熬夜工作还把自己的饭票分给其他人，夜晚特别饿，突然发现书包里有一包饼干，原来是白天王怀民悄悄留给她的，杨佳蓉开心又感动忍不住泪水留下。U形管里的水积累的不错，王怀民向杨佳蓉透露自己小时候的梦想不是成为物理学家而是一名军人，在战场上报效祖国，但是哥哥在战场上牺牲让自己的母亲根本不让自己成为一名军人，王怀民为了家人只好继续学习深造物理，很幸运地遇见一位鼓励自己的老师让王怀民坚定走上物理的道路。
王怀民说出自己最真实的想法，信仰对于自己是有的，只是承接信仰的根基还没有找到，也许等到原子弹成功的那一天信仰就出现了。干旱越发严重，突然吹起一股怪风，雷达信号也异常，接着又突然发生地震。彩兰拼命去到医院让众人出跑，又背起彭雄飞冲出楼房，地震让一些同志受伤，紧急之中杨佳蓉跑回医院仓库，舍命护住仪器。王怀民为保护杨佳蓉受伤。陶志纲及时赶到救出被压住的杨佳蓉和王怀民，又带人抢救设备，钟心也帮助陶志纲运出设备。地震停止大家都很伤心惋惜设备和部分资料被毁，但是紧接着下起了大家期待已久的大雨令大家看到希望。
干旱危机终于过去，但也造成了巨大损失，还有同志为保护设备殉职，有些同志带着伤坚持工作，基地里士气低落。钟教授向大家说明有两位同志在地震中牺牲，找到他们遗体的时候是趴在设备上的，他们用年轻的身体保护珍贵的仪器，是伟大社会主义科学家。傅首长为大家鼓劲，告诉大家各行各业的工作人员，算起来全国还有几十万人在一起为原子弹事业战斗。同时毛主席、周总理和党中央对原子弹都抱有很大的期许，傅首长亲自去运送党中央特批的粮食，每个人大受鼓舞宣誓一定造出原子弹不辜负党和人民的期许。
河水刚涨起来食堂就给大家做了鱼汤，这还多亏了彩兰提前半个月的时间就将渔网下到河里，结果大旱过后必有大雨，大雨来临果然捞上了很多大鱼，傅首长对彩兰的精神很是赞许。彭雄飞因为彩兰的所作所为也有些触动。钟教授一来基地就去见女儿钟心，钟教授得知是陶志纲纠缠自己的女儿立刻就去找其谈话，陶志纲单方面追求钟心征求过傅首长的意见，傅首长建议钟教授不要过多参与年轻人的事情，钟教授就是担心陶志纲和钟心没有共同语言，傅首长一劝陶志纲顺杆子往上爬，但是最后决定权还在于钟心。钟教授被劝也决定放手。
第18集剧情介绍：陶志纲对钟心痴心不改 王怀民信仰暂未形成
基地组织文艺活动方明将军也来参与，大家都感叹文艺演出规格真高，而且方明将军的女儿也是表演中一员。彭雄飞和王怀民一起研究数据，王怀民并不想参与文艺演出，彭雄飞想短暂逃避科研问题去享受生活。刚落座没多久彩兰也坐到彭雄飞身边，彭雄飞好奇为啥不管自己在哪彩兰都能找到自己，彩兰倒不客气也不要彭雄飞感谢自己地震的时候救了他，还送给彭雄飞一双亲手做的袜子。钟心想搬去和杨佳蓉一起住，杨佳蓉调侃等陶志纲欺负钟心的时候自己可以钟心收拾。
陶志纲的目光就没离开过钟心，杨佳蓉看透一切，感情就是很奇妙，有时候不一定条件相当才合适，彭雄飞和彩兰就越看越合适了。杨佳蓉和钟心互相避开了自己的感情。王怀民在实验室计算，黄凯华在想念江水宁，每个人都有自己的心思。文艺表演完毕，文工团的最后保留活动就是为科学家们洗衣服，文艺工作者就是从群众中来到群众中去，为革命工作奉献自己的力量。方明将军对A所受到损失很是惋惜，但好在基地有同志们的这一腔热情在不怕这些艰难困苦的阻挠，再加上党中央大力支持原子弹事业，方明将军走之前将周总理给的唯一苹果给了钟教授，这唯一的苹果要让整个基地的同志们都享用。
彭雄飞和黄凯华带着科学家们在测量苹果体积讨论如何将其均分成两百份，可是王怀民提出整个基地上千人都在为原子弹做贡献，如何去分呢。大家陷入苦恼，还是彩兰玩笑似地说了一句不如将苹果挂在那让大家闻闻味，结果还真就从实验室开始每个地方轮着挂苹果闻味。王怀民组织的测算还没有突破，钟心的研究也陷入瓶颈。基地派出去运送粮食的老高没有成功将粮食运回，傅首长直言形势严峻，通过地图分析和一些妥善安排，他决定不顾危险亲自前往新疆押运粮食。
钟心和张来如约去往杨佳蓉的宿舍同住，哪知道王怀民一听说要来杨佳蓉的宿舍也跟着来送送东西，石红英带来了基地轮流的苹果，王怀民受到启发急忙回到实验室画图。彩兰则带着杨佳蓉和钟心去戈壁上找野兔子，而且种植的土豆也成功长大了，彩兰坚持不放弃的精神才是种活整块田地的重点。陶志纲饿着肚子挑灯自学物理，恰好被一墙之隔的钟心听到。陶志纲认为不能了解科学家们在干什么如何去保护他们，钟心感动于陶志纲的热忱，决定帮助他学习。
彭雄飞的实践数据和黄凯华计算的理论数据不对，两人发生争执，其实理论和实际必须联系在一起不可分割，两人才和好。杨佳蓉为王怀民做了一件防辐射材料的马甲，王怀民却说面临困境，杨佳蓉的实验进展倒还不错，王怀民不知如何度过现在的困境，而杨佳蓉他们心中的信仰并不能解决目前的问题，王怀民觉得应该在全所成立精英体制，并且希望杨佳蓉专注学术。杨佳蓉认为王怀民是希望自己成为第二个何吟薇，王怀民的思想离一个真正的社会主义科学家还有很长一段路要走。王怀民根本不知道什么是一名社会主义科学家。
原子弹研究基地粮食短缺，中央安排军队将一批食材和粮食尽快运送分派给专家和技术人员，傅首长在运送粮食的途中，车辆受损可能无法走出沙漠，车子不断搁浅粮食可能无法全部运出，傅首长指示无论如何都要将粮食运回基地。受到苹果外层果蜡的启发，王怀民想到在原子弹中加入反射层，进一步缩小铀球尺寸，这样不光能使原子弹释放能量加大而且可以缩小原子弹的材料用量。傅首长带队押粮遭遇风暴，已经丢失了几车粮食运送的同志们非常自责不舍得吃口粮，于是战士们只用骆驼草籽果腹将仅存的粮食省给科学家。钟心辅导陶志纲的学费就是一顿饭，两人约着晚上上课的事情被彩兰听见。傅首长押运的粮食终于到达，可以让基地的同志吃顿饱饭了。
第19集剧情介绍：彩兰彭雄飞感情升级 老格勒为粮食牺牲
彩兰不论条件多么艰苦，劳作多么辛苦都坚持打理自己的农田，彭雄飞默默观察着彩兰想帮她分担一些重担结果还根本无力抬起，饥饿情况有所好转，李彩兰的农田开发也卓有成效，连傅首长也带头表扬李彩兰。彭雄飞惊异于李彩兰的进步，渐渐意识到了李彩兰的好。陶志纲、老格勒一行在戈壁上行军讨论起羊肉的好味道结果真的发现戈壁上出现黄羊群。有同志调离A所回北京让大家都很失望。陶志纲向傅首长汇报羊群的事情，在傅首长的争取下，上级同意保护黄羊群延续的情况下有限猎杀，且傅首长为此次行动负全责。
黄凯华、王怀民和彭雄飞查看爆破实验场所，又继续探讨一些关于原子弹爆破的数据问题。大家都在为彩兰田忙前忙后，陶志纲则带队打黄羊。土豆算是种出来了，彭雄飞倒是佩服起彩兰，且彩兰对戈壁的土壤种植方法很有自己的一套理论让彭雄飞对她更加另眼相看。陶志纲正要设计黄羊，钟心等人赶来阻止，钟心直言黄羊是濒危动物，对他们进行打猎是犯罪行为，不仅钟心，王怀民和杨佳蓉也是这样想的，陶志纲却说人的健康更重要。
陶志纲的话也很有道理，只有打下黄羊获取粮食才能继续坚持制造原子弹这个伟大的事业，老格勒为缓解气氛喊大家伙一起去喝奶茶。彭雄飞主动到田地里帮忙，李彩兰说等基地粮食问题解决了她就会走，彭雄飞忍不住出言挽留说彩兰的离开自己也会难过，结果一个滑到彭雄飞接住了彩兰，两人四目相对似乎感情发生了改变。钟心不允许打猎，但是老格勒是不远万里回归祖国的土尔扈特人，他们完全了解这片沙漠的生态循环，黄羊是上天的礼物，它们的族群也是生生不息的，而且傅首长允许，大家才认同了猎杀羊群。
老格勒拉起了家乡的乐器，音乐悠远悠长让大家沉醉，但是同志们猎杀的羊群数量不够，
因为沙漠快要起风，但为了多捕一些黄羊，老格勒带着两名同志独自去山坳子里再打五只，陶志纲则带着羊和钟心等人先回基地。大家开心晚上会有烤全羊吃，但是天快黑老格勒都没有回来。老格勒越走越远已经收不到基地的信号，大批人马出去寻他，结果发现他误入沼泽不幸牺牲，他的牺牲对陶志纲打击很大。
羊肉在烤着但是基地的每一个战士都很伤心，老格勒和两名战士为了把打到的最肥的几只羊送回基地而砍断了马的缰绳，他们这样是为了祖国的伟大事业而牺牲，祖国和人民永远不会忘记他们。科学家们心情沉重，不肯吃用同志生命换回的羊。陶志纲眼含热泪如果同志们不吃这个肉只会让牺牲的战士死不瞑目，大家哭着吃下羊肉。王怀民坐在外边感叹自己为何要从苏联回来面对如此多的困难，同志们的牺牲换来的却是科学实验的失败，科学家经受的身体和精神的双重打击和折磨，王怀民甚至自我怀疑能否造出原子弹。
支撑王怀民信念的只有科学这是远远不够的，杨佳蓉开导王怀民，他不是一个普通的人，不能习惯性地逃避问题，他必须要站起来带领着大家继续攻坚克难，像老格勒同志一样怀抱着党的信仰，共产主义信念，继续坚定地走下去。王怀民想起钟教授和自己聊过的信念问题好像慢慢明白了共产主义信念的真谛。食堂里，同志们一起哼唱起古老的英雄赞歌。陶志纲独自坐在外面怀念老格勒。
第20集剧情介绍：王怀民确定信仰加入共产党 罗布泊爆塔需要拆除重建
成格勒的牺牲，让陶志纲有所好转的战后应激创伤复发。睡梦中陶志纲再次梦见朝鲜战争战士们被火烧的场景，梦中惊醒又想起与老格勒重逢的场景，将他的衣服缝补好带着军功章去了老格勒墓地，向牺牲的战士致敬。环境艰苦，可实验却并没有停滞。王怀民用红布写的两行横幅：干惊天动地事，做隐姓埋名人，悬挂在实验室内激励大家。数据被计算出来，马上就可以开始热核试验。钟教授也等着大家最终的汇总数据，在此时的条件下钟教授也不得不鼓励表扬奋战的同志。
王怀民当着钟教授的面主动发言，他一直相信精英救国而且很多事情印证了他的想法，但经历了这么多事情让自己的想法产生改变，中国的条件和美国不一样，美国有财力支撑研究，但是中国刚刚从巨大的磨难中解脱要想成功必须依靠群众和全国人民的团结以及共产主义信仰，于是王怀民决定申请加入中国共产党，钟心和黄凯华也不甘落后。钟教授看着消瘦的钟心有些感慨，钟心要钟教授考虑自己的个人问题，倒是钟心与陶志纲的进展让钟教授更为担心。
钟心的中子源研究依然在工棚进行，陶志纲在工棚外指导大家遮盖整修严密工棚，得知钟心主动申请在这个地方做实验认为其变化很大。王怀民的儿子振理将要被接到西部基地，正赶上王怀民出差，他只好托杨佳蓉帮忙。钟心和陶志纲每天在一起吃饭被黄凯华遇见问起原因，钟心解释说陶志纲是请老师吃饭天经地义。陶志纲主动帮钟心维修工棚，却被钟心发现他的状态异样。陶志纲内心深处的恐惧是他一直避免却又避免不了的，被钟心戳穿之后陶志纲没有作声。王怀民本想借着夫妻树的故事向杨佳蓉告白，却发现忘了带作为定情礼物的胸针，杨佳蓉明白王怀民的心思，她会带着振理等待王怀民回来。
钟心知道陶志纲的战后创伤心理，陶志纲坚持自己的病症没有那么严重，但是老格勒的牺牲重新激起陶志纲的病症而且加深他的痛苦，陶志纲不愿接受美国疗法，钟心说她准备采用中国最传统的办法——陪伴。王怀民随钟培林到罗布泊核爆试验场出差，塔架的修建经过精密计算，但是塔架的核心数据出现问题无法核准，王怀民基座混凝的净水可能不是达标的净水，如果掺入了大量的碱水那么可能会影响塔架，因为大旱没办法运送净水所以只能掺和碱水，那么塔架必须重建，王怀民情绪激动强调只能推掉重来。
负责工程的团长火速赶来，竟然是王怀民的父亲王明山。王怀民一看见自己的父亲就有些怂。王怀民加入A所没有给父亲透露一点风声，因为王怀民当年和母亲承诺过不涉军旅安稳度过一生，王怀民不回答反倒问起父亲如何也在这里。长大后的振理十分顽皮，负责保护他去西部的小战士都无法管住他，碰见林教授也在火车之上，用飞机作为奖励和振理打赌让其安静。王明山要王怀民考虑实际情况，但是如果不推倒塔架需要寻找其他解决方法也是行不通的，塔架是核心它要托起原子弹，如果到时候出现什么问题那个损失和责任是谁也无法承担的，即使一时无法接受那么只好通过开大会研究的方法来达成解决方法。
振理遵循赌约发现沙漠之上确实没有一只活物，林教授告诉振理这里是不适合任何人和动物生存的沙漠，但是振理的爸爸妈妈们为了让全国其他人民爱居乐业而搬到这个地方来奉献自己，振理似懂非懂但总算知道了自己搬到西部来的意义。会议研究爆塔的问题，因为爆塔爆炸之后留下的很多一手的宝贵资料才是重点，考虑再三王明山担下了所有责任，还鼓励战士们推倒有问题的爆塔，才能帮助新中国崛起。
第21集剧情介绍：陶志纲为救钟心杀死狼 基地迎来上级联合调研团
振理到达戈壁和林教授分别，林教授认识振理的爸爸王怀民鼓励振理要继续努力。杨佳蓉独自来接振理，没看见王怀民振理有些失望。王明山被降职且被调离现有工作岗位，王怀民向父亲道歉，王明山却为儿子感到骄傲。杨佳蓉接回振理因为国家专项粮食和林教授带来的慰问粮补充了基地的食堂，所以正好无限量供应油饼，大家伙都开心地吃个不停。林教授吃了也赞不绝口，傅首长更是在林教授面前大夸彩兰的精神。
林教授此来还有别的目的且事关基地的生死存亡。黄凯华带着自己写的信去找陶志纲理论，自己写的好好的一封信和画作被陶志纲涂抹的不成样子，但是任何一封信件的话语中蛛丝马迹都会被有心人考究，陶志纲提起黄凯华追求江水宁就必须搞清楚，组织好对江水宁进行严格的政治审查，黄凯华一生气直接回怼陶志纲不懂恋爱，陶志纲听完之后沉思了好一会。
晚上钟心在实验室里工作突然就窜出一只野狼不断地往实验室冲击，正在危急的时候陶志纲出现费了好一份力气搏斗杀死野狼，钟心担心陶志纲安危冲出来时野狼已经死掉但是陶志纲满身是血还强装笑颜安慰钟心，钟心对陶志纲的感情慢慢发生变化。黄凯华的信到底还是寄出了，江水宁收到信件十分开心但是信中只言片语又无其他信物让江水宁更加思念黄凯华。王怀民在塔爆基地指导工作，但是傅首长急召王怀民和钟教授回基地商量要事。
彭雄飞和几个科学家一边吃饭一边商量试验进度，彩兰担心彭雄飞也遇上狼发生危险给他寻了个小锣。钟心怕陶志纲被狼咬伤之后出现别的严重病症，一直往陶志纲怀里塞消炎药和难得的罐头，陶志纲虽然推让着但还是开心有人关心自己。正巧遇见杨佳蓉接回振理，杨佳蓉看着钟心和陶志纲认为这两人有戏，只是两人还没有进一步说开心思。振理借口上厕所翻墙往外跑，幸亏门卫拦住又碰见王怀民回来截住振理，杨佳蓉这才放心问起王怀民为何这么早回基地，王怀民回答振理以为王怀民就快要和杨佳蓉结婚，闹闹腾腾说自己就可以有个真妈妈了。
为了调查“两年规划”的进行情况，上级派了联合调研团进驻基地。钟教授要求调研团进驻期间要展现出核武器研究团队的精神面貌，因为国家集中了全国的力量来协助原子弹的研制，但是目前却连原子弹的影子都未见着，这不免让很多人会对核武器科学家们产生质疑，于是大家都坚定信念迎接调研团。会议完毕王怀民等着送给杨佳蓉好吃的，两人的关系渐渐明朗，黄凯华和钟心等也替他们开心。为迎接检查黄凯华把板书计算公式写的十分工整有序，彭雄飞和其产生了争执，王怀民冲出来使用黑板直接解决问题。大海喜欢文艺汇演的女同志一直寻找人家却又不敢直接面对。
带队的方明将军表示会以公正的态度向中央反映基地的真实情况，而调研团里的科学顾问竟然是丁向军。钟心不顾狼患坚持留在工棚，陶志纲担心其安危又嘴硬说自己作为保安处长不会给钟心站岗。王怀民、黄凯华和彭雄飞找丁向军喝酒套话，丁向军先是装腔作势不予理会，后来喝多了，直言自己心中不平，认为现在是“证明”自己的时候了。陶志纲为了保护她，守在工棚外睡着了，钟心发现后心中感动。陶志纲一醒以为是狼将钟心摔倒在地让其一下生气的不行。方明将军率队实地考察，同志们都努力向考察团献殷勤，却又因紧张频频出错，甚至还发生了雷管爆炸的事故。
第22集剧情介绍：丁向军小人得志挑刺基地 杨佳蓉因台湾亲戚被带走审问
雷管爆炸导致人员伤亡，爆破仓库的同志解释是为了让调研团看见基地最好的一面而导致操作失误，方明很是失望。杨佳蓉提出辐射防护装备的升级换代迫在眉睫，牛玲劝她等一等。丁向军咄咄逼人，对王怀民的实验方向提出质疑。丁向军的问法让王怀民和彭雄飞很是生气，他明明是科研人员怎么会不懂的科研进度的艰难性，丁向军根本不打算理解王怀民的工作进度直接决定向上级如实汇报。因为杨佳蓉有个身在台湾的二叔，虽然两人无任何联系，但还是影响到了她如今的处境。丁向军小人得志控告王怀民三人请他吃饭别有用心，傅首长只是想要三人回到各自的岗位努力做出成绩堵住所有人的嘴。
杨佳蓉的防辐射测试进展很好马上就可以对上级报告提出反对，石红英担心杨佳蓉本打算劝说，但以杨佳蓉的性格根本不可能放弃报告，石红英和牛玲都信任杨佳蓉，在报告上加上自己的名字支持杨佳蓉。彭雄飞想提前进行“核装置试验”，王怀民反对冒进。彭雄飞坚持只要试爆成功数据一出就会让调研团无话可说，黄凯华也同意彭雄飞的建议，王怀民指责彭雄飞在意气用事盲目冒进，其实不论调研团和丁向军如何都应该按部就班该怎么做就怎么做。黄凯华支持彭雄飞就要帮助他一起准备，结果收到了江水宁的回信，陶志纲一脸八卦地关心黄凯华的终身大事。
江水宁的回信令黄凯华得到了极大的安慰。王怀民找杨佳蓉却见其与一男一女走在一起，杨佳蓉介绍女的是她表姐，男的是表姐给她介绍的对象。王怀民心中苦涩，将要送给杨佳蓉的胸针扔掉。事实上，那两个人是组织上派来调查杨佳蓉的工作人员。王怀民事业和爱情都遭受了打击，心中一片茫然，本来已经打定主意要和杨佳蓉表白不错过一生所爱，但是今天发生的事情让王怀民困惑。钟教授去实验室找钟心，钟心以为是陶志纲，钟教授是来问钟心的中子源反射层研究的进展。
恰巧陶志纲来保护钟心的安全，钟教授以为陶志纲在纠缠钟心一番严厉的措辞批评陶志纲，两人争论起来让钟心不得不先劝陶志纲离开，陶志纲奈何不了钟心只好离开。钟教授让钟心抓紧时间研究中子源。彩兰怕彭雄飞饿着给他送来老家的玉米，彩兰向彭雄飞提出自己是时候离开基地，彭雄飞不让彩兰走还对彩兰说丁向军掌握点小权力就在基地兴风作浪，彩兰相信彭雄飞又说起两人的关系问题，玩笑间彭雄飞差点表露真实心意。
大海把仪器造的和标准丝毫不差，广播中正好播放让大海在食堂门口领取遗失物品。彩兰提出为免彭雄飞名誉受损自己先来个移情别恋，找一个更优秀帅气的科学家，彭雄飞嘴上同意心里又有些过不去，彩兰为了彭雄飞什么都愿意去做含着泪和其拉钩承诺。大海如约去领取遗失物品，原来是大海的暗恋对象方小云找他，但是方小云的父亲是方明将军。彭雄飞的实验就要进行，傅首长也很是担心试验不能输，但是偏偏彭雄飞的核装置试验即使准备就绪，但还是失败，丁向军把试验失败的过程都记录到了评估报告中。
杨佳蓉被带走审查，临行前叮嘱石红英替她保密。王怀民去找石红英询问杨佳蓉去向，即使王怀民有所怀疑但是石红英还是没有说出杨佳蓉的去向。钟心主导的中子源反射层壳体理论验证取得突破，可丁向军却阴阳怪气地质疑起壳体的密封性。钟心据理力争，理论取得突破还需要大量数据验证，丁向军正是抓住了这点才能大放厥词，钟教授接受其指正，表示会继续实验验证数据。
第23集剧情介绍：钟心研究实验发生意外 钟心得知佳蓉离开真相
时间紧迫，钟心为了尽早得到结果，决定冒险用土法上马的办法立即检测验证试验可行度，却突然遭遇意外。大海得知方小云在广播站之后没多久就去找其，在门外看着朗诵播报的方小云很是入迷。钟心等几个做实验的人都一起进了医院。全基地通报批评钟心等同志的做法，大海不愿意听到广播批评钟心的说法搞坏播放器，还成功劝说方小云讲述钟心等科学家冒进实验的前因后果，为了早日完成组织的工作而不眠不休工作，鼓励这种精神但不提倡冒进行为，不论如何都要遵照安全标准遵守纪律规定，这样的通报让全基地的工作人员都得到了鼓励。
大家聚在病房里，虽然辐射物被辐射服全部挡在外边，为了检验壳体的严密性付出的代价太大，大家以为广播稿是钟教授写的，但是傅首长和钟教授一来就对他们的行为提出严厉的批评。傅首长严肃指出了他们的问题，王怀民最近的工作完全不在状态，彭雄飞因为一次实验失败也失魂落魄，调研团在乎的不是一时的成败而要看到每个人的意志品质，傅首长不失鼓励相信大家一定能完成使命。陶志纲想留下和钟心说几句话，却被爱女心切的钟培林挡在了病房外。
王怀民找钟心帮忙找杨佳蓉。杨佳蓉正在参加集体劳作，牛玲去看望她，牛玲的丈夫孟广阔给上级领导打过了电话，只要实施调查清楚会立刻让杨佳蓉回去工作，牛玲是真的把杨佳蓉当作孩子来爱护。基地的爆破实验还在不断进行，王怀民也重新振作回到研究岗位，每个人都为了原子弹事业而努力认真。江水宁从北京给黄凯华来信倾诉苦恼，江水宁因为出身原因即使考到了很好的分数但还是被刷下，黄凯华苦恼如何安慰江水宁，陶志纲怂恿黄凯华直接表白，黄凯华文人思想坚持要留白意境，而且考虑到基地生死存亡自己却和一个姑娘谈情说爱，陶志纲一反常态指正爱情才能让人更加意气风发提升士气。黄凯华在其鼓励之下决定表态。
彭雄飞看到李彩兰跟男同志聊得火热，竟然醋意上升，气恼地拉她离开。正巧丁向军路过想要讽刺彭雄飞让他更加生气，直接回怼离开。丁向军打算套路彩兰让其随时向自己汇报基地情况。钟心等人痊愈出院，正巧杨佳蓉回来收拾东西，告诉了钟心自己的事情，安全部门一直都在监视杨佳蓉和其二叔的联系，再加上前段时间自己因为辐射服的事情申请大批量资金和批评了上级领导，这样就更加引起了上面的怀疑于是被带到了学习班，至于躲着王怀民也是害怕坑害了他，这样不仅影响了他的工作而且破坏了基地的任务。王怀民去接振理却和他没有更多话题聊天，振理想念杨佳蓉。
钟心把杨佳蓉的事情和陶志纲说了，虽然陶志纲很不赞成对杨佳蓉的处理方式但是很多事情都不是自己所能掌控的，钟心决定去告诉王怀民真相。王怀民通过小石子射击物品而引起了和振理之间的话题，两父子难得的温馨场面。陶志纲找到王怀民却没看见钟心，得到消息时钟心却被抓起来了，钟心被怀疑蓄意破坏生产，大家都在担心当中。陶志纲因为纪律什么也不可以对大家透露。大海给方小云造了一把精致的梳子，又说起方小云父亲方明的事情，大海是想替基地争取时间，方小云对大海的动机有所误会，但还是因为科学家们决定去找父亲说情。
方明对女儿的做法感到很生气，方小云因为方明很讲原则很不近人情从小就与方明不亲近，两父女因为这件事也闹别扭。大家都请求钟教授去救钟心但是被钟教授拒绝要求大家继续研究。丁向军因钟心的事借题发挥，方明表示基地很多同志太过着急，傅首长一直在为大家辩解讲明大家奋斗的艰难，方明则直言要在一个月之内对这么伟大的事业做出评判是不公平的。傅首长接到电话，8号材料切屑发生爆炸，30余人受伤。钟教授一度没了呼吸，在石红英的抢救下才终于醒来。丁向军说事故是因为对材料的不重视造成的，王怀民反驳这本就是必须攻克的技术难关。
第24集剧情介绍：陶志纲钟心走心交谈 基地通过调研团调研
黄凯华试图劝说丁向军不要再与大家作对，丁向军反驳是不是每个人研究原子弹的人都不考虑其他人的人生，黄凯华指出丁向军能肯定坚持枪式法就能更好地研究出原子弹嘛，丁向军似乎并不买账会如实汇报基地事故。实验室里，大家情绪低落，黄凯华率先情绪崩溃指责钟心，彭雄飞和黄凯华互相埋怨吵架惹得大家围观。这时陶志纲在黑板上写下一个个为原子弹事业牺牲的烈士的名字，科学家们动容，丁向军也默默地流下了眼泪……陶志纲的一番话振奋着大家，王怀民表示将英雄的名字留下，生命不息奋斗不止。
王怀民找到丁向军告诉他无论他做出什么决定都不要忘了他曾经是原子弹事业中的一员。石红英关心钟教授还帮他清洗了衣服，钟教授以为石红英洗了自己重要的手帕激动的不行，等石红英拿出手帕时钟教授才恢复平静道歉。钟心被关在房间里担心钟教授的情况，陶志纲站在门外心疼钟心忍不住进去告诉其钟教授的情况。陶志纲安慰钟心把自己的故事讲述给钟心听，自己也曾经因为一场政治风波被派到偏远地方的抢水线，那个时候自己也很委屈想死，就是那个时候认识了老格勒，就是老格勒乐观的精神感染了自己。
陶志纲在偏远地方也渡过了一段很艰难的时期，但是那个时候受老格勒影响集中心思工作得到了上级的认同也洗清了身上的冤情回到了战斗当中，钟心听完之后大有感触会学习老格勒坚持下去。石红英对着正在看书的钟教授一通唠叨，坚决没收了钟教授的书，还规定了看书的时间，彩兰看望钟教授逗趣说在基地当中能治钟教授的也只有石红英。方明安排女儿方小云离开基地去城里上学，可方小云不想离开基地，为了找到借口不去找到陆大海假扮男友。方明听完理由之后更加生气了，大海紧张也很无奈，但是方明立刻就来找大海谈话了。
钟心被释放，钟教授逃跑出来和陶志纲一起接钟心出狱，钟心和陶志纲开玩笑被钟教授提醒。大海面对方明将军紧张的不行，方明率先打开话题表示自己不是来阻止的恋爱只是觉得方小云年轻先去继续深造再考虑恋爱，大海接到方小云的指示鼓起勇气向方明将军表明自己的心意，要其同意自己和方小云一起见证祖国原子弹成功的那一天，方明没有立即表态只是让其第二日参加基地的会议，方小云很是开心激动感谢大海。丁向军在编写报告时也公平公正地写出了基地的真实情况，决定基地命运的时刻到了，方明将军愿意相信，原子弹事业一定会成功。将军的话极大鼓舞了所有基地的科研人员。
钟教授召集全部科学家宣布王怀民、钟心和黄凯华三人加入中国共产党，三人在实验室内郑重宣誓光荣加入中国共产党。核装置第1132次试验终于成功，为原子弹的设计打下了坚实的基础。王怀民还是没有杨佳蓉的消息很是担心。众人聚在食堂，以水代酒，对彭雄飞主持的试验表示祝贺。
五号材料别的研究所已经能造出高标准的配件，大家很是开心离目标越来越接近了。钟教授带来消息，美国有所行动，可靠消息美国可能会炮轰西部基地，虽然大家都在挖掘地下防空洞但是即使转移至地下也无法避免美国的威胁，只有尽快造出原子弹才能摆脱威胁。核威胁的压力依然在众人头顶。与此同时，杨佳蓉终于回归基地，只是暂时不能参与研究工作，只能回去当一名护士，好消息是有位领导向中央提出了辐射服的问题已经得到认可。
第25集剧情介绍：彭雄飞向彩兰求婚成功 王怀民求婚杨佳蓉失败
振理顽皮又走出学校，王怀民和老师正着急杨佳蓉就把振理带了回来。老师倒是体谅两人是科学家没时间管孩子。杨佳蓉回来这么久没有告诉王怀民，只是振理知道才会经常去找她要她带自己回北京。杨佳蓉告诉了王怀民自己的事情，还说出了自己在当护士，王怀民很紧张他但还是高兴杨佳蓉能回来，竟然能说出别样的情话。陶志纲在中子源实验室外等着钟心，他建议钟心将实验室也转移到防空洞。彩兰又在和其他男生聊天修建防空洞，彭雄飞看见又吃起醋来直接阻止了彩兰和别人聊天。
彩兰不明白彭雄飞的做法，彭雄飞却终于认清了自己的情感，对彩兰道歉并且表明自己的心意，向彩兰求婚。彩云喜极而泣说自己不想嫁给彭雄飞了，彭雄飞兴致一起直接扛起彩兰满操场跑着向众人宣布彩兰是自己的媳妇。钟心不想因为搬实验室耽误中子源研究进度，因为在401所里也有一支队伍在研究中子源，而他们采用的是相对简单的苏式，钟心害怕被人家超越，她觉得第二个研究出来的人，就等于没有研究。陶志纲即将出差，他和钟心约定，比一比谁先成功。陶志纲给了钟心几颗奶糖关心其不要只顾着研究，钟心对陶志纲的感情已然是不同了。
江水宁来信保卫处的同志们都围着黄凯华凑热闹，陶志纲开玩笑吓唬黄凯华，哪知道江水宁的信中同意了黄凯华的大胆求爱，陶志纲强迫黄凯华赶紧给人家江水宁回信，正当黄凯华欣喜若狂的时候，却收到了前妻的来信，得知前妻要把儿子交给他抚养。黄凯华因为儿子的事情犹豫了起来，王怀民和彭雄飞都鼓励黄凯华当面和江水宁聊清楚这件事情，王怀民为了促成机会将去北京出差的机会让给了黄凯华。钟心和钟教授一起加入到防空洞的修建当中，钟心埋怨这种简易的防空洞无法抵抗原子弹，又因为王怀民没来她也不想干了，说起干好本职工作的事情，钟心又提起杨佳蓉的事情更加生气。
钟心无端发脾气都是因为401所的竞争。杨佳蓉即使在基地当护士仍然没有放弃辐射学，还给基地的其他人普及辐射知识。江水宁因为黄凯华没有回信而继续写信，她担心黄凯华是因为生活或者工作上的原因苦恼才不与自己联系。哪知道信写完黄凯华就出现在了江水宁面前。王怀民看着上课的杨佳蓉很是欣慰，杨佳蓉照顾振理照顾自己还是自己信仰的引领者，王怀民磕磕绊绊地说出自己本来有礼物要送给杨佳蓉，又挣扎着坚定地向杨佳蓉求婚，要与其组成完整的家庭相伴余生。杨佳蓉拿出王怀民要送自己的礼物还给了王怀民，杨佳蓉却因为自己的身份顾虑王怀民的前途，婉拒了他。杨佳蓉即使要离开仍然关系王怀民不要受到原子弹的伤害。
借着去北京出差的机会，黄凯华出现在江水宁的面前，江水宁不明白黄凯华为何对自己忽冷忽热，黄凯华因为婚姻的挫折和事业的保密性才如此犹豫，黄凯华最终向江水宁坦白了自己的家庭情况和工作情况。江水宁没有说出自己的答案却讲述了自己童年的故事，被拐卖到北京的江水宁小时候被辗转贩卖，幸好在十五岁那年被现在父亲救下，她的内心有创伤不敢相信任何人，只有黄凯华不一样，但是黄凯华突然出现突然消失又向自己表明了那么多问题，王怀民却唯独忘记表明自己是否真心爱江水宁，黄凯华急着表白深爱江水宁，既然有爱为什么不能在一起。
黄凯华满心欢喜回到基地并向组织提出申请要与江水宁结合为革命夫妻。铀球加工的最后一个关节交给大海来完成，由于演练已经经历了上万次，大海还是较有信心，组织也信任大海的手艺。紧张的铀球加工开始，所里的领导都在加工室外看着，不幸的是机床的真空吸盘出了问题。
第26集剧情介绍：爆轰试验成功彭李结婚 596即将运输至罗布泊
陆大海接受任务，对首颗正样铀球进行切割，他调整呼吸，屏息凝神，即使机床吸盘出现问题但596第一颗正样铀球顺利加工完成。401所传来实验成功的喜报，钟心的小组只能暂停工作，张来等都伤心地收拾着实验室的资料。钟心忍不住在父亲面前落泪。钟培林安慰说在这个新中国不论谁有了成果，都是人民的成果，都要为祖国而骄傲，都属于这个伟大的时代。道理钟心都明白只是自己没能第一个研究出中子源还是让人难受的，钟心伤心痛哭不止。
杨佳蓉找石红英从基地拿出自己那些研究辐射的书，杨佳蓉不被允许研究辐射但她还是想要研究辐射。石红英支持杨佳蓉的决定但问起其与王怀民的事情之后，杨佳蓉又逃避不答。傅首长给战士们传阅被中国打下的美国有名的战斗机U2的照片，正是这次打下U2才真正地振奋了中国人的士气，我们中国根本不害怕美国“纸老虎”。不论如何只要我们炸响596才能真正地保护中国，维护和平。钟心找到陶志纲，陶志纲一直不知道怎么劝说失意的钟心，但好在钟心自愈能力比较强已经走出了失败的阴影，现在的钟心负责产品运行和后续维护工作所以需要陶志纲保卫处的配合，陶志纲很开心地答应钟心。
彩兰给彭雄飞送饭，彭雄飞嘴皮子欠老惹彩兰生气，彩兰生气要走，彭雄飞求生欲上线对着彩兰一通夸，彩兰突然逗彭雄飞要彩礼钱，彭雄飞没有钱拿全尺寸爆破实验成功当彩礼，这天下独一份的彩礼彩兰欣然接受。爆轰实验成功并且超出预期，经过多年大大小小的各种实验，至此原子弹离成功炸响只有寸步之遥。彭雄飞和彩兰给大家发喜糖，两人就要结婚邀请大家晚上在食堂乐呵乐呵。杨佳蓉违背命令，向上提交了对现行辐射防护规定的建议，牛玲为她的处境担忧。杨佳蓉为了科学和科学家的安全坚持自己的理论，牛玲担心杨佳蓉心里只有别人一点都不为自己考虑，杨佳蓉含着泪说自己已经放弃了这生最爱的人所以没什么可怕的了。
借着试验成功的欢庆时刻，彭雄飞和李彩兰举办了婚礼。大家起哄要彭雄飞讲述怎么和彩兰恋爱的，彩兰谢谢陶志纲将自己带到彭雄飞面前，留在食堂工作，这样自己才有今天。陶志纲早就看出彩兰会为大家带来力量帮助彭雄飞完成事业，陶志纲又提到自己羡慕彭雄飞能和彩兰组成家庭，说的时候还看向了钟心。黄凯华拉下陶志纲好奇地问彭雄飞怎么这么久才娶彩兰，彩兰怕伤了彭雄飞的荣誉自己解释是因为要等原子弹事业有了成果才接受求婚，彩兰鼓励在座的同志们也早日找到幸福。彭雄飞最后对着大家说自己爱彩兰，基地的所有同志都爱彩兰。
振理也参与了婚礼，在台下刺激王怀民，人比人气死人，看看人家彭雄飞怎么就能顺利结婚呢。王怀民离席出门遇见杨佳蓉，和杨佳蓉说自己已经向上级领导提出了要杨佳蓉回到研究岗位，而自己要与杨佳蓉结婚，可是杨佳蓉始终顾虑着会害了王怀民无法造出原子弹，王怀民坚定自己的心意原子弹已经造出自己还害怕什么呢。杨佳蓉被深深打动。回到新房的彭雄飞和彩兰聊起自己初入社会想象的爱情完全不是这样，但是彩兰的出现改变了自己，彭奶奶早就说过了彩兰和彭雄飞是最合适的，彩兰知道自己的不足也会全心全意对待彭雄飞。
596即将要运到罗布泊试爆，只是从西部基地到罗布泊基地不论是公路还是铁路都不会太过平坦，596装填的炸药分量一个不小心就会毁掉多年的努力，陶志纲受命首长负责运送596，基地上下都在紧张地做着保障工作。陶志纲得知跟随自己的小兵巴图是老格勒的儿子，老格勒从未透露巴图是自己的儿子只是希望他能认真踏实地当好一个兵。陶志纲要巴图和自己一起去老格勒的坟前看看，巴图能理解父亲的所作为其感到骄傲。
第27集剧情介绍：严密运送596至罗布泊 杨佳蓉恢复工作至罗布泊
成格勒的儿子巴图在父亲的墓碑前泪流满面，庄严承诺会接过父亲的事业，继续守护核工业与科学家。陶志纲为巴图郑重整理衣装，又对着老格勒说他的精神有人传承了。运送596的列车已经全副装备完毕而且24小时设有专人看守监控，将车厢用棉大衣封死的主意还是陶志纲想出来的呢。彭雄飞和彩兰分别一味地对着彩兰说情话，两人依依不舍彩兰在基地等着成功的喜报。黄凯华也佩服陶志纲想出用棉大衣武装车厢的办法，钟心和陶志纲就要去罗布泊了，只有黄凯华一边等着江水宁来一边在基地做好后方理论工作。
牛玲当着杨佳蓉的面念出上级针对杨佳蓉所反映的辐射研究理论作出了肯定的答复，且表扬杨佳蓉的研究工作应该得到所有的同志的学习，组织还恢复杨佳蓉的一切研究工作，杨佳蓉激动地热泪盈眶。王怀民在火车上给杨佳蓉写信，想着和杨佳蓉的未来，祖国的未来，那个不久就要到来的祖国盛世有自己和杨佳蓉的存在，王怀民就充满了信心。运送596的专列在狂风与夜色中前行，车上的众人看到戈壁滩上竟有路灯，细看才发现，是战士们把自己绑在木杆上，举着信号灯，为专列护航。无数人的牺牲和奉献都是为了原子弹和祖国的未来。钟心和陶志纲通过飞机负责运送中子源和铀球，陶志纲怕钟心坐在飞机后边颠止不住的关心。
火车护送569的同志们已经到达罗布泊，罗布泊的同志向大家介绍基地布置的所有场景，在原子弹爆炸的一瞬间这些都将毁灭，原子弹的诞生根本就不浪漫，造它出来就是为了彻底消灭它。王明山带领的狩猎小分队负责在罗布泊基地周围巡查特务，即使再艰苦王明山也坚持走完附近几千里的路程。所有的准备工序已经完成就等着科学家们点火。看着茫茫戈壁瀚无边际，彭雄飞忍不住替596呐喊。西部基地，黄凯华到火车站接站，准备了许多开场白一见到江水宁就都忘记了，却发现前妻、儿子和江水宁竟然乘坐同一辆列车而来。
596的爆炸试验由方明将军担任总指挥，关于核爆的任何困难都希望同志摆在桌面上谈，毛主席也提到关于国防科技工作的十六字方针，基地高级研究员立刻承诺坚决做到中央的要求，为确保原子弹万无一失基地做了大量的准备工作，偏偏王怀民提出了相反的意见，做到完全的万无一失是不可能的，首先爆塔的抗风能力就不达标，爆后检测问题等等，除此之外美国因为之前肯尼迪遇刺事件推迟用核能摧毁中国核研究试验场，但是现在美国和台湾勾结派出大量特务打探西部基地的核爆情况准备实施破坏，就596能否爆炸王怀民、钟教授和陶志纲都做出了郑重的承诺。
黄凯华带着江水宁和前妻、儿子一起坐在汽车上，前妻善于胡搅蛮缠每次都把话题聊死，气氛十分尴尬。爆塔下，发觉掩体位置不对的王怀民不由分说地开口怒斥，却发现安排掩体的正是杨佳蓉。王怀民看见杨佳蓉的出现很是吃惊，陶志纲看见杨佳蓉来了正准备看着车过去被钟心喊住，于是陶志纲将车停在一边看着杨佳蓉和王怀民的对话。王怀民被杨佳蓉的数据和测算方法且在掩体安排的是辐射服而不是真人检测，王怀民被杨佳蓉的话说服。
陶志纲看着两人的对话感叹两口子过日子不能找科学家，此话一出钟心狠狠地掐了陶志纲。黄凯华前妻君怡将建国送到之后就要准备离开了，其实君怡人还不错离开时祝福了黄凯华和江水宁，唯一不放心的就是要好好对待建国。钟心暗示陶志纲要娶自己的事情，哪知道陶志纲直接说自己和钟心两清再也不会纠缠。二人并肩坐在戈壁滩上，组织上对于两人的结婚申请还在审查当中，黄凯华着急，但仍对未来充满希望。钟心接到了新任务——成为596的起爆员。
第28集剧情介绍：陶志纲钟心互述心意 核爆关键时刻到来
黄凯华因前妻的事情向江水宁道歉，江水宁却微笑着和他规划起未来的生活，还把自己的户口本交给了黄凯华。钟心和另一位罗布泊选出的同志一起竞争起爆员，钟心的心态更加平稳光荣地获得了点亮596的任务。黄凯华和江水宁领证后开始在西部基地生活，江水宁对一切充满好奇。君怡在走之前就和江水宁交代了作为科学家的妻子会承担很多不为人知的辛苦，而且可能一辈子都不知道他在研究什么，但最美好的是科学家都很单纯，和这样的人生活在一起会很幸福。
戈壁滩上酝酿着一场黑风暴，钟心为了追回资料向戈壁深处跑去，陶志纲匆忙去找，风暴越来越大其他人不得不紧急避险，茫茫戈壁寻找钟心也变得困难，钟心一边要要保护文件资料一边要抵挡风沙却不小心陷入沙里无法逃脱。陶志纲着急寻找钟心汽车搁浅不得不徒步救援钟心，但也因此负伤，陶志纲把护目镜和方向都交给了钟心自己却因为负伤无法移动，只得训斥钟心将其赶走，自己一个人直面死亡，哪知钟心看见撞翻的吉普车知道陶志纲受伤返回找他，钟心带不走陶志纲自己也不肯走，危难中两个人终于向对方表白心意，钟心答应了陶志纲要娶自己的请求，中子源和铀球虽然不能在一起但是只要在一起就会发出最耀眼的光。两人相拥一起面对黑风暴。
彩兰遇见黄凯华和江水宁祝贺二位，婚礼不着急办等大多数同志们回来了一起办。彩兰怀孕四个月被江水宁一眼看出来了，江水宁似乎很关心基地同志们在干些什么时刻会忘记保密条例，但是黄凯华始终没有透露。黑风暴过去钟心和陶志纲都还活着，钟心将树枝和皮带固定住陶志纲受伤的腿，两人互相搀扶着踉踉跄跄地走回基地。彩兰帮着黄凯华、江水宁布置新房，还凑了一些粮票祝贺两人结婚，又添置了很多生活用品，这些作为让江水宁很是感动，但是江水宁的表情有些奇怪似乎在担心什么。
核爆零时越来越近，就怕一些普通的牧民会闯入核爆试验区。王怀民申请乘坐飞机进去蘑菇云内采集数据，因为奉献过大傅首长表示上级还在研究中。王明山带领的狩猎小分队在巡查过程中居然遇见了一批持枪的特务，双方交战，王明山下令要缩小包围尽量活捉，成功抓获特务但是王明山腿部负伤却忽略不治，因为是贯穿伤抗生素用的不多随时都有生命危险，但是这条长路已经行走了半年王明山想完成剩下的道路。
大家再次集中讨论596爆炸当天的所有情况，同时通报了狩猎队的情况，经过对被抓人员的审问得知他们是国民党留下的人员，他们已经在沙漠行动了十五年，从最初的两百人到现在为数不多的几人，而且已经排除了他们与台湾方面联系的可能。保卫部分由陶志纲进行汇报，经过三天的联合排查未发现可疑人员。对于596爆破当天的更多情况只能尽量做到最好。夕阳西下，钟心、陶志纲、王怀民、杨佳蓉和彭雄飞哼着歌，大海和方小云跳着舞，每个人都在期待着核爆零时的到来。
王明山向大家宣布狩猎小分队圆满完成任务顺利归队，就在核爆要炸响的那一刻王明山终于安心倒下。核爆零时当天，原子弹在重兵护卫之下，每一个原子弹事业的工作人员的注目之下，596被推出仓库，缓缓升上爆塔顶端。技术人员小心将596进行安装，方明将军也将此事秘密汇报至周总理。罗布泊突然出现大风天气，塔台爆室晃动，好在是在可控范围之内，准备工作已经结束，技术人员安全返回。
第29集剧情介绍：中国首颗原子弹爆炸成功 王怀民收集数据被辐射
王怀民单独找到傅首长，申请参加回收地面核测试数据的任务，即使这是个九死一生的任务王怀民还是坚持上阵，托付傅首长交给杨佳蓉一封信。他不知道，此时杨佳蓉正在为进入蘑菇云采样做准备，每一个坐上飞机准备采集数据的同志都给家人留下了信件，只有杨佳蓉默默摸着王怀民给的胸针。经过全国各大气象专家的联合分析终于确定核爆当天的天气良好，核爆按原计划进行。大家既焦急又期待，随着发令员的口令，起爆员钟心摁下按钮，蘑菇云腾空而起，照耀出的万丈光芒和释放的能量足以摧毁一切。
蘑菇云从炸开到缓慢消散，数据收集的同志们及时赶到核爆钟心冒着生命危险收集一手资料。外围采集的数据传回总部显示并不乐观，因为核爆磁场影响较大所以最准确核心详细的数据还需要在核爆内部进行数据采集的同志传回。杨佳蓉和王怀民一个在地面，一个在空中紧急采集数据，靶场中，王怀民发觉数据仪器少了一个，独自冲回爆心区域，找回最后一个仪器。而杨佳蓉的空中采集已经完毕顺利返航。在洗消的过程中，王怀民突然开始呕吐。为了其他同志的安全必须将其隔离。
数据很快传回指挥室，经过数据分析员们紧张的测算，结果出来了。钟培林郑重而缓慢地宣布：这一刻我们等得艰难而缓慢，但是这次爆炸的原子弹释放当量超过美军在广岛投放的原子弹当量，所以这是一次成功的核爆炸！大家欢呼雀跃，方明将军将情况告知总理。大家都沉浸在核爆成功当中，1964年10月16日，历经千辛万苦我们终于永远了自主研发的原子弹。毛主席也无法再隐瞒此激动小心让周总理提前公布，全国各族人民都为原子弹的成功欢呼雀跃。西部基地也得到消息，打算好好庆祝。杨佳蓉的检查结果显示无辐射影响，而牛玲告诉王怀民的父亲王明山的情况不容乐观，但当他听到广播中播报原子弹成功爆炸的消息时，嘴角却是掩盖不住的笑意，美国的中国悲观论调恰恰从侧面证实了中国核爆的真实性。
杨佳蓉去看望王明山，王明山认识杨佳蓉问起王怀民的情况，杨佳蓉安慰王明山王怀民只是因为工作辛苦要好好休息，而王怀民恰是中国核武器研制的中坚力量，王明山骄傲但也知自己时日不多交代杨佳蓉许多王怀民的事情。王怀民的检查报告送往北京继续验证，为防止其成为辐射源不得不继续隔离。现在陶志纲一召唤钟心就跟着一起，钟教授也不再阻拦。由于保密性的要求所以表彰原子弹突出科学家和技术工人无法公开身份领奖，他们必须继续隐姓埋名为国家奉献自己。方小云再无理由继续留下第二天就要离开基地去北京学习，大海明白了信仰的伟大人的渺小，支持方小云去上大学，四年后两人会用跟好的自己面对面，方小云和大海许诺毕业就结婚。
陶志纲也向钟教授表明自己对钟心的满满爱意，请求钟教授同意两人回到西部基地立刻结婚结成革命伴侣，钟教授仍然不能接受，他介意的还是两人文化水平的差距，陶志纲将自己从钟心处学习到的很多知识向钟教授汇报，但是钟教授还是坚持两人无法达成精神境界的沟通，且现在也不是钟心结婚的最好时候，一旦结婚有了孩子又如何去追求科学的梦想，陶志纲根本无法和钟心志同道合感同身受，钟心生气离开，陶志纲也表示自己不会放弃。王怀民终于拿到了自己的检查结果，离开隔离病房，他赶到父亲的病房，但还是晚了一步，王明山光荣牺牲，王怀民在父亲耳边私语一家人就快要在天上团聚了。
纪念为原子弹事业牺牲同志的墓碑群中又多了一具英雄的尸体，人民和国家永不会忘记英雄的付出。自从拿到体检结果，王怀民就开始躲着杨佳蓉，彭雄飞为王怀民打掩护之后质问其为何转变态度，王怀民咳嗽不止没人知道他的情况。傅首长也问牛玲王怀民的情况如何，本来要转交给杨佳蓉的信被要了回去，其实王怀民的报告显示其未来可能会患上白血病，王怀民不想自己继续连累杨佳蓉，只想把剩余的时间留给研究，牛玲也只好帮他隐瞒。黄凯华和江水宁的婚宴就要举办了，江水宁有些一反常态。
第30集剧情介绍：杨佳蓉怀疑怀民病情 氢弹计划随即开启
回到西部基地，众人参加黄凯华和江水宁的婚礼。既是为了庆祝婚礼又为了原子弹首爆成功，大家都热热闹闹开开心心地开玩笑。江水宁似乎心里负担很重在回答大家伙的问题时也表现的不太自然，至于两人的恋爱问题还是陶志纲比较有发言权，陶志纲上台讲述之前还特意关心钟心，然后就叭叭地讲述了人家的爱情故事。等他下台之后和钟心的事情被问起时，还是一脸的沮丧，因为钟教授的不赞同婚礼也是没那么快。
大家的话题又转移到了杨佳蓉和王怀民的身上，但是王怀民因为自己的身体根本就没有出现在婚宴上而是继续研究，杨佳蓉只好将话题再次转移回婚礼的主角身上，王怀民现在已经会时不时流鼻血了，杨佳蓉去找他时已经发现血迹也猜到了王怀民的情况，王怀民为避开杨佳蓉躲在实验室的角落里，鼻子流出的血已经染红手帕。即使看见杨佳蓉留下的见面字条也只有伤心的资格。黄凯华和江水宁匆忙赶往基地门口迎接江水宁的舅舅，然而基地出于保密需求，没有允许舅舅进入。舅舅交代黄凯华还讲起了江水宁的艰难前半生留下了眼泪，黄凯华更是承诺会对江水宁好。
钟心和陶志纲商量如何度过钟教授这一关，但凡结婚就是要通过基地党组织同意，有钟教授在就是一大阻拦，陶志纲突然拉着钟心的手承诺自己一定会向钟教授证明有能力配上钟心，如果钟教授再不同意那就来硬的，钟心被陶志纲的话语感动。建国竟然和振理说自己的后妈江水宁是特务还要找出证据证明。婚礼彻底举办完成，江水宁和黄凯华的话中始终有话，只是醉酒的黄凯华根本没有听出。
县城饭店，黄凯华、江水宁和舅舅三人一起吃饭，舅舅话中也打听黄凯华工作单位的情况，在闲聊中黄凯华就要暴露基地一些情况幸亏及时止住。趁着黄凯华去书店，舅舅瞬间换了一副面孔，原来他的真实身份是国民党特务“老康”，江水宁竟是潜伏已久的特务“古扇”。老康怀疑江水宁假戏真做，并提醒其不要忘记自己的任务和特务行铁律：谁要是出现真感情那就是提前进入坟墓，在他的提醒下江水宁恍惚答应。
傅首长和钟教授向大家传达了毛主席的重要指示：中国第一颗氢弹叫639，三年内一定要让首颗氢弹爆炸成功。不论是什么弹，我们就是要超过别国。氢弹的研究难度巨大，国际上没有任何关于氢弹的理论知识，，在三年之内仅知道氢弹、聚变四个字怎么可能研究氢弹，大家都提出质疑又沉默，即使是研究困难很大，大家依然为新任务感到振奋。钟心发觉氢弹研究人员没有自己，钟教授先是告知钟心我国确实确实导弹来结合原子弹进行投送，而钟心就是要进入到两弹结合研究小组。钟教授承认自己在陶志纲问题上有些着急还是希望钟心多多考虑与陶志纲的关系，钟心坚持自己的选择。
石红英还是关系钟教授身体，这一切都被钟心看在眼里。杨佳蓉本想找牛玲问王怀民的情况，但是牛玲害怕自己说露嘴也避开杨佳蓉。王怀民知道无法成功隐瞒杨佳蓉自己的病情，只好给杨佳蓉留了一封信，请求其放下两人之间的感情，将剩余时间留给研究。王怀民如期赴约与杨佳蓉见面，把自己写好的信件递给杨佳蓉，就算已经知道王怀民的情况，杨佳蓉仍然愿意与王怀民共同承担未来，但王怀民拒绝了她。氢弹专家小组碰面开展会议讨论氢弹的初步情况。
第31集剧情介绍：两弹组和氢弹组困难重重 彩兰彭雄飞拥有女儿
两弹小组除了大家的一腔热情只剩下重重困难，陶志纲带着几位刚分配下来的新同志到实验室和大家见面，其中有一位叫常玉婷的女生直接对着王怀民做自我介绍，王怀民对其态度平常。黄凯华被调到两弹结合小组，但其为639准备的一系列理论知识就要转移给黄凯华，即使再觉得可惜也表示自己会遵从上级安排好好工作的。陶志纲和钟心在操场散步，聊着如何让钟心的父亲钟培林同意二人的婚事，正巧看见杨佳蓉独自坐在操场边垂泪。
杨佳蓉手中拿着王怀民给的信抱住钟心说自己很难受，陶志纲和钟心才知道王怀民的情况，陶志纲倒是果决提议霸王硬上弓，把酒席、宾客和新娘子都准备好直接逼迫王怀民成婚，但是钟心认为王怀民的决定倒是为两人以后着想，结为夫妻之后要面对的抉择可能更痛苦，杨佳蓉听不进一切提议质疑是否为国家做贡献的科学家都无法拥有爱情。王怀民依旧咳嗽不断持续研究，因为氢弹的爆炸当量计算不够，常玉婷却莽撞提出自己的算法被王怀民批评，只有彭雄飞为其说话。江水宁已经在生活区的供销社工作。
彭雄飞为自己没有当上主任感到有些不忿，倒不是在乎官位只是这关乎荣誉和组织的信任让其特别心寒，即使这样还是没有影响其继续研究爆轰。江水宁和黄凯华一起收拾屋子，黄凯华发现垃圾桶里有许多量子图形的草稿纸，黄凯华虽然有所怀疑但还是被江水宁掩盖了过去。第二日江水宁拿出自己给黄凯华买的新皮鞋还半撒娇似哄着黄凯华穿去上班。两弹结合小组内部分歧严重，钟心与人针锋相对，因为导弹研究组始终坚持要钟心小组将原子弹的设计完全服从于导弹。
钟教授及时赶到听取两边的意见，又竭力劝说两边不仅从技术层面思考两弹结合更要坚持两弹信念，克服困难完成任务。经劝导后才冰释前嫌，双方决定精诚合作。黄凯华因为去艰苦的地方工作所以把皮鞋换下交给江水宁清洗，江水宁把黄凯华鞋底的灰尘收集。指挥室内，彭雄飞正在分析试验进度，医院打来电话通知他李彩兰马上要生了。彭雄飞急忙赶往医院时，彩兰已经生下了女儿，彭雄飞高兴激动地不得了直呼女儿是爸爸的小棉袄。傅首长找陶志纲谈话说起他的感情问题，陶志纲表示自己会坚持，但是傅首长指示交代其不要因为感情问题影响到科研工作，陶志纲立刻保证。
彩兰和彭雄飞的女儿脑袋出现一点小异常，但经过医院全面检查是完全没有问题的，孩子和彩兰没有问题，又有彭雄飞在照顾着，大家都放心回去各自岗位。医院走廊上，杨佳蓉注意到江水宁的面色不太正常，建议她去产科检查身体，江水宁听后心中一惊。王怀民再次抽血检查，王怀民拒绝让杨佳蓉做自己的主治医生，石红英递给他一份全新的治疗方案后忽然泪流满面。
原来杨佳蓉为了找到更好的治疗方案，瞒着王怀民用自己的身体做试验，王怀民坚决反对的同时也深受感动。县城招待所，江水宁将自己收集的黄凯华鞋底的灰土交给老康带回去分析研究，江水宁通过供销社商品销售数量推算基地科技人员人数，分析黄凯华没有参与氢弹研究而且改行转去研究导弹。
第32集剧情介绍：王怀民与杨佳蓉和好 江水宁再次接到特务任务
钟心和张来相互鼓励咬紧牙关拿下两弹研究，路上陶志纲开着车来找她，陶志纲为婚事苦恼，钟心却全身心投入两弹结合研究，两人没有什么时间在一起。陶志纲决定支持钟心为先关心其要照顾好身体。看着远去的钟心陶志纲倒是真觉得科学家和其他人之间有堵很高的强。心事重重的江水宁想起自己向老康汇报的怀孕情况，老康要其生下孩子好控制黄凯华，又遇见陶志纲要采购灯泡和手套，就这样意外摔倒。
江水宁醒来后得知自己因为怀孕严重贫血，幸好这次摔跤没有影响到孩子，重要的是基地里的同志知道江水宁缺血就赶来献血，江水宁得到大家的照顾心中很是纠结也很愧疚。氢弹的研究一时陷入僵局，陶志纲突发奇想，竟然启发了王怀民和彭雄飞。杨佳蓉一直在医院里陪着江水宁，看着睡着的杨佳蓉，江水宁拿出了老康设计陷害杨佳蓉的信，是杨佳蓉的二叔亲笔写出的，而信会使得杨佳蓉万劫不复甚至会影响到王怀民，这样就进一步地破坏了氢弹的研究，江水宁很是纠结。
夜深了，两弹结合小组的同志们仍在努力工作，傅首长嘱咐大家回去休息。杨佳蓉在梦中说的王怀民有生命危险被江水宁听见。傅首长还未完全离开，却发现那间大办公室的灯又重新亮了起来，傅首长也无奈科学家们的工作热情只好放开让他们研究。杨佳蓉和江水宁说了自己与王怀民一些事情，江水宁为两个人感情的错过感到生气，表达自己观点的过程中情绪有些激动，但时代的特殊性赋予每个人特殊的任务，如果不牺牲自己那很多人就没有未来何谈美好的未来，每个人都竭尽全力地奋斗着，这一番话让江水宁很是难过竟然哭了起来。
大家研究通宵终于下班，黄凯华收到一封信。王怀民特意等在杨佳蓉办公室外找其看病，他已经向组织申请作为杨佳蓉研究辐射的一个“试验品”，杨佳蓉接受带着王怀民到了实验室，换衣服的过程中口袋里掉出了一张纸，打开后发现那不是老康转交的信件，江水宁因为良心问题还是撕掉那封信并吃了下去。黄凯华去医院看见江水宁正在吃些什么东西，面对黄凯华的疑问，江水宁敷衍了过去。
王怀民参与彭雄飞的爆轰实验，此次的爆轰结果不错可以作为氢弹研究的开端。因为江水宁身体不适，黄凯华背着其回家，两人聊起了猪八戒和高小姐的爱情，江水宁还是说出了自己的心里话，她不希望黄凯华是个拥有秘密任务的科学家。1966年5月携带模拟核弹头的核导弹冷试验成功，两弹部门结合的很完美，接下去就是钟心即将开始核导弹热试验，但这个实验最关键的是安全问题，全部要按照预定状态下运行，这还是钟心团队的功劳。钟心回国之后面临了三次研究方向的选择，但是她没有任何怨言只有我愿意三个字，林教授也对其公开表扬。
基地生活区，王振理、黄建国等几个小孩子正在玩扔石子，建国的扔法被其他孩子取笑，江水宁便运用物理知识教儿子建国，结果建国打碎了远处的一块玻璃，他拉着江水宁跑开，匆忙之中，江水宁没来得及擦掉写在地上的物理公式，两人在一边建国突然说自己觉得江水宁越来越不像特务，这番话让江水宁有些忧心。江水宁留下的图画恰好被黄凯华看见。江水宁再次去见老康，老康质疑江水宁的工作进展，江水宁解释基地的安全性能特别高，而且建国说过自己是特务，老康要江水宁杀死建国栽赃到杨佳蓉和王怀民身上，进而破坏基地的研究核心。老康威胁江水宁必须在三天之内杀死建国否则江水宁就要先死。陶志纲找到黄凯华问钟心的去处。
第33集剧情介绍：原子弹搭载导弹实验成功 江水宁特务身份曝光遇险
陶志纲向黄凯华打听钟心最近的情况，黄凯华却给他普及了很多关于导弹的知识，又告诉其两弹小组中有七名同志自愿成为导弹控制员，他们都留下遗书时刻准备牺牲，黄凯华安慰陶志纲里边可能不会有钟心。事情却相反，钟心果决地交出了遗书志愿成为导弹控制员，与钟教授告别时钟教授答应只要她能活着回来就答应她与陶志纲结婚。这是一项关乎于全民族一百多年来梦想的任务，就是在这一天两弹实验成功，标志着中国已经拥有能够用于实战的核导弹。不光如此，639的研制也已经到了最后的关头，大家伙都激动地不行。
老康听着广播里在中国共产党的领导下核武器已经成功的消息十分嫉恨，江水宁与他都躲在暗处观察黄建国。王怀民再次来到杨佳蓉处检查身体，王怀民体内的放射性物质已经慢慢减少，多项指标都趋于正常，他能继续活向美好的未来。杨佳蓉拉着王怀民的手到众人面前要王怀民答应自己，在他任务结束的那天两人就结婚，因为以前的胆小两人之间错过了很多机会，现在杨佳蓉好不容易勇敢了起来，王怀民坚定地许诺等任务完成不管生死无所畏惧一定与杨佳蓉结婚，两人相拥。
江水宁想要伤害建国可是终究不忍心还是交代建国最近要时刻小心除非见到父亲不然不要和任何人走，建国乖巧答应。钟心带着资料被一群人围着，幸亏陶志纲带着战士及时赶到解救钟心。江水宁突然收拾行李要去北京，只和黄凯华说舅舅病重自己要临时回去，黄凯华心中起疑在送江水宁离开时问她还有啥要对自己坦白的，江水宁叮嘱黄凯华要保护好自己和建国又依依不舍地抱着黄凯华然后乘车离开。钟心带着绝密资料回到基地交给王怀民，这一切得亏陶志纲，钟教授与陶志纲握手感谢哪知陶志纲抓着手就是一通亲热地叫着岳父，钟教授想起自己的承诺最终还是默认。
黄凯华表面不动声色，却坐着下一趟车跟了上去。江水宁看到黄凯华跟来错愕不已，黄凯华坦白自己虽然平时专注研究但是搞科研的自己很注重观察，江水宁送给自己的皮鞋刮擦太过干净、而且她能看懂数据的演算过程、还有她上次吃下的纸，这些都让黄凯华产生了怀疑。说话间，她看到了外面的老康，为了黄凯华的安全江水宁设计独自离开去见老康，拿出假资料混淆得以枪指老康，但是老康似乎掌握了黄凯华的安全以此威胁到了江水宁。
王怀民发现黄凯华失踪，急忙找到陶志纲，从黄建国的口中得知黄凯华有危险，得到消息的陶志纲迅速带人赶往县城。废弃的厂房里，老康拿性命威胁逼迫黄凯华写出绝密资料。在老康的威胁下，黄凯华写下了一组方程式，老康命令江水宁解开方程，结果竟然是《歌唱祖国》的曲谱，黄凯华是怕死但是绝不会屈服于敌人的枪下，就在老康要伤害江水宁的时候陶志纲及时赶到，老康自尽。江水宁被带走抢救，她的性命保住但是孩子不幸流产，江水宁的认罪态度很好根据口供北京又抓获两名特务，黄凯华因为涉案太深也要被隔离审查，大家都十分关心相信黄凯华，因为当时现场的残酷还有黄凯华扛下所有写下的《歌唱祖国》都值得大家相信。
“文化大革命”初期正在发展中的核工业受到了影响和干扰，为了稳定局面，党中央领导人亲下指令保证核工业的正常运转。钟教授向傅首长汇报基地资料被人多势众的大串联分子抢夺并且要运走，他们连傅首长的命令也不遵从，杨佳蓉和一众科学家们手挽着手拦住串联分子装有资料的汽车离开，又是陶志纲带着士兵及时赶到，这些人的一举一动完全可以被视为间谍罪，他们要经过严格搜查才能离开基地。彭雄飞爆轰实验失败，钟心正式加入氢弹研究小组，王怀民通过简单的算式提醒大家每一个小点持续积累就会变成更大的点。
第34集剧情介绍：氢弹爆炸成功两对新人结婚 佳蓉连累被抓钟教授牺牲
大家开心地庆祝已经成功爆炸一颗小型氢弹，完全可以在法国之前爆炸一颗名副其实的氢弹，让太阳的光芒闪耀中国的大地。由于江水宁的身份问题，黄凯华已经无法再参与研究工作。氢弹试爆当天，王怀民将黄凯华的名字一并写在工作证上。正在大家等着飞机投放639的时候却突然出现意外，好在备飞预案启动，在周总理亲自安排下聂荣臻亲临现场指挥，中国爆炸了一颗成功的完全属于自己的氢弹，我国的氢弹研究时间比世界上任何一个国家都要短，而这得到了国际的认可进入世界核武器先进国家行列。
一场集体婚礼在基地食堂举行，王怀民和杨佳蓉、陶志纲和钟心在同一天结婚。大家伙高兴，由傅首长代表讲话，这一路的风风雨雨幸福来之不易。陶志纲在台上大讲自己和钟心的恋爱过程，又许下一辈子的承诺。这个时候，公安人员悄悄控制了礼堂，他们告知王怀民，在北京抓获的一名特务原名姓杨，确实为杨佳蓉的二叔，而在他留下的书信中有杨佳蓉明确的通敌证据，将被逮捕。王怀民不顾个人的政治前途坚持举行完婚礼，向大家诉说杨佳蓉的故事，自己爱上杨佳蓉的历程，杨佳蓉一步步成为自己信仰的引领者和最忠实的伴侣。在傅首长的劝说下，公安人员同意等到婚礼结束。
婚礼结束后杨佳蓉就被押走，好不容易有家的振理眼睁睁看着杨佳蓉离开。陶志纲和傅首长还有王怀民都在拼尽全力救杨佳蓉。黄凯华撇清了特务嫌疑，但是因为过错巨大不能参与接下来的研究也不能离开基地，彭雄飞责怪黄凯华结婚太过冲动害了自己和杨佳蓉，黄凯华失落赔罪，正要离开时钟培林告诉大家自己要去北京出差，带着核材料去中央面见领导顺便帮杨佳蓉和黄凯华求情。
大家好奇钟教授到底是怎么的留美大人物，原子弹和氢弹已经成功爆炸，钟教授终于可以向大家透露自己到底是谁，钟心介绍钟教授就是国际著名的物理学家，如果没有放弃原有的研究方向归国可能早就获得诺贝尔奖了，大家都对他敬佩不已，接着跟大家聊起未来核能战略方向的问题。钟教授和女儿告别，他还欠陶志纲一个道歉约定回来之后再说出。可是谁也没想到，钟教授乘坐的飞机在北京郊外遭遇雷暴天气失事，钟教授遗体被发现时他与警卫员紧紧拥抱在一起保护了他珍贵重要的文件数据。钟心强忍住悲伤告诉了整个基地的同志，钟培林为了国家隐姓埋名，他的信仰、爱、忠诚会在每个同志的心里留下烙印，永垂不朽。
1972年，黄凯华因江水宁事件，只能在基地做清洁工，而儿子建国也已经不认他了。因为基地之外的政治气候严峻，王怀民仍然毫无杨佳蓉的音信。革委会主任曹芒打算任命彭雄飞成为院长助理，且明确告诉彭雄飞王怀民这样只专不红的科学家不可能再有出头之日，又进一步鼓动彭雄飞紧紧地团结在革委会周围，这样才能在科学史上留下名字。在大会上，曹芒宣布彭雄飞成为院长助理。钟心因为第二次先兆性流产去省城看病，但是被曹芒点名批评。钟心的身体可能不可以再怀上孩子了。
王怀民在会上提出要搞民用核电研究，把一系列被打倒的曾经参与过两弹的同志重新启用，但是曹芒完全不认同启用那些有过黑历史的同志，并且他的思想是拥有了核武器就可以战胜压过美苏，王怀民的观点与曹芒完全相反，彭雄飞似乎也站在了革委会一边。在和曹芒针锋相对之后，革委会中的人提出王怀民是要搞反动清算要和人民作对，王怀民成为批判对象。常玉婷成为彭雄飞的学术助理，奉曹芒的命令却一直在监视彭雄飞。
第35集剧情介绍：王怀民陶志纲相继被打倒 王怀民与杨佳蓉久别见面
陶志纲被打倒下放到收发室工作，因为陶志纲当面顶撞曹芒为科学家们说话，所以被曹芒鼓动的反革命打伤接着又报复其下放。王怀民从石红英处得到了杨佳蓉在兰州一个农场的消息，他不顾路途颠簸，终于和杨佳蓉再次相见。杨佳蓉对王怀民说自己虽然已经撇清了特务嫌疑只是二叔去世很多事情说不清楚，他们也不放杨佳蓉离开，这两年里两人都互相给对方写信，可是两人都从未收到过对方的来信，虽然见面的时间很短，但二人十分珍惜在一起的每分每秒。
彭雄飞上下班都有常玉婷跟踪，基地里，黄凯华叫住了彭雄飞，并递给了彭雄飞一份研究报告，这是黄凯华在业余时间做的关于民用核电技术的研究。因为资料室和图书馆，黄凯华都无法进入，但是他克服了那么多难关还能写出如此深入的科学研究，黄凯华只是想通过自己的努力再为国家做点事，彭雄飞回想着革委会上曹芒他们对王怀民、陶志纲的针对，很多事情他也无能为力，彭雄飞承诺一定会把材料递交至学术委员会，也一定会帮大家平反。别人都说彭雄飞当官之后就变了，可是黄凯华不相信，彭雄飞坐上这个位子不是为了自己，也是有很多理想要去实现的。
钟心被拉去集中批斗会，他们被拒绝参加学术会议，彭雄飞替他们说话也被曹芒以反革命反驳，这让一个好好的学术研讨会人员参差不齐。彭雄飞要在会上分发黄凯华的学术报告进行讨论，可是得知常玉婷却表示自己无法分发。王怀民依依不舍地离开兰州农场离开杨佳蓉，杨佳蓉在书中给王怀民留下一段鼓励其继续研究民用核电的话语让王怀民倍感珍惜。黄凯华在打扫卫生时发现自己的研究报告被扔在垃圾桶内以为彭雄飞违背承诺，失望伤心无力的情绪涌上心头。原来是常玉婷自作主张丢弃了黄凯华的报告，彭雄飞无法为朋友和核电事业作出努力，他深感茫然无力。
陆大海申请调回北京可以和方小云结婚，可是联系方小云时却被无情的拒绝。黄凯华去监狱看望江水宁，江水宁拒绝与黄凯华进行探视，因为和自己的关系已经把黄凯华影响得够深了，黄凯华多年来也只要一个答案，江水宁有没有真的爱过自己，江水宁说出了自己的真实感受，即使一开始是因为特务任务接近黄凯华，但是在慢慢的相处中敬佩爱慕黄凯华，在集体中感受到家人的温暖，自己也常常幻想可以不做特务就平静幸福地在这样的日子中生活下去，但是现实击碎了她的幻想。黄凯华也要隐瞒自己的处境，但是江水宁从他的衣着细节中发觉其处境的艰难。
工厂仓库外，失魂落魄的陆大海遇到了正在吃力整理箱子的方小云，这才知道方小云是因为父亲被人污蔑成走资派而打倒，怕连累陆大海才提出分手，陆大海不管方小云是什么自己都会保护她。与黄凯华见完面之后，为了能让黄凯华不再受自己牵连，江水宁在监狱自尽，留下一封信件交与黄凯华，信中表达了对黄凯华满满的歉意和真真切切的爱，希望黄凯华迎着阳光、坚持自己的研究带着自己的期望好好活下去，黄凯华回忆起二人曾经相处的美好时光失声痛哭。
王怀民回基地时看见陶志纲在钟心的指导下练习英语，两人都急切地想要知道杨佳蓉的近况，恰好碰见振理跟着一群反革命不懂事理的孩子，王怀民把杨佳蓉送给振理的鞋子、书和信交给振理，振理已经完全脱离学校他被误导想要靠拳头打出一片天地，王怀民不希望看到这样一个振理，他慢慢地平静地给振理讲解道理，这个世界的规则一直在变只有未来是掌握在振理自己手里的，就像振理的“小羊妈妈”一路走来遇见过多少磨难但是从未放弃过自己，振理被感化渐渐意识到自己的问题。常玉婷给彭雄飞收拾书桌的时候随便翻动其资料，彭雄飞根本不在乎当官，只是想好好科研。
第36集剧情介绍：科研工作恢复正常
杨佳蓉彻底没事就基地上班了，钟心终于怀上了宝宝而且已经四个月了，她总是担心宝宝不够健康，杨佳蓉帮她诊断孩子很健康，王怀民得到她回来的消息着急地赶去见面，但是方小云突然跑出来大喊着火，车间电路老化造成的，但是车间着火不是小问题因为存有铀球毛球，一旦爆炸就会造成核辐射扩散影响到整个基地的同志。王怀民和陶志纲分别穿上防化服去寻找铀球。杨佳蓉赶到车间要求进入帮助一起寻找铀球，可是被工作人员阻拦在外。
王怀民带着铀球走出车间，杨佳蓉不顾辐射抱住了王怀民，幸亏全面检测过后王怀民由于吸入辐射时间不长没有大碍，倒是让陶志纲和钟心好一通担心。巴图已经成为连长开心地回基地找陶志纲报道，傅首长安排巴图回到基地全面接收基地保卫安全，这是巴图放弃了去北京警卫任职的机会换来的，巴图为了完成父亲老格勒的心愿保护科学家们。巴图开始了和曹芒等人的斗争，傅首长带着巴图的部队进入团团围住了曹芒等人，直接训斥曹芒不顾西部军事基地的安全守则调走所有工作人员，此事已经传至中央由病榻上的周总理亲自下令调查所有涉事人员，曹芒是绝对无法逃脱的，曹芒面对傅首长依然嘴硬，他根本做不到为了国家和人民牺牲自己，在他心里毫无信仰必须接受审查回炉重造。
转眼到了1977年，振理和建国参加高考逃跑被陶志纲压着去考场，佳蓉则和钟心一起去参加会议，钟心要做中子弹研究，而佳蓉却是做中子弹防护，俩人讨论彼此的研究要比翼双飞。黄凯华正在做研究，这时华东所的总工赶到，黄凯华看到来人震惊。傅首长叫来王怀民，原来傅首长要离休回北京了，傅首长告诉王怀民国家正在拨乱反正，问王怀民有没有什么要跟上级说的，王怀民表示自己希望国家给他们核电事业给与更大的支持，傅首长很明确地告知王怀民国家现在正要搞现代化建设，全力发展经济，核电建设指日可待。王怀民同时希望傅首长在明年的全国科学大会上为各位女科学家多申请些名额，傅首长同意。
彩兰钟心和佳蓉一起包饺子，彩兰叫雄飞剥蒜，雄飞因为跟炸弹打了半辈子交道，耳朵很不好根本听不到，大家调侃雄飞。这时怀民和傅首长也一起来，傅首长也要参加包饺子，大家正开心的时候想起黄凯华怎么还不来，正念叨着黄凯华刚好过来，还带来一个人，原来是丁向军，他这次来就是来发展核电工业的，丁向军告诉大家，自己以前就是想做惊天动地的事，但不想做隐姓埋名的人，自己当初看错了很多的人和事，还差点让国家的核事业遭受损失，但自己终于又回到这里，自己太高兴了。王怀民感叹他们四大才子终于聚齐了，傅首长告诉大家当初离开的叶昆明也一直在做检讨希望能回到核事业中的大家庭中，已经被批准。
陶志纲举杯告诉大家第一杯酒就敬给成格勒和钟教授，大家开怀一起唱歌。彩兰问佳蓉王怀民的病怎么样了，佳蓉难过的说怀民一直觉得浪费太多时间，要努力把工作赶上。彩兰嘱咐佳蓉一定要领王怀民去医院看看，石大夫告诉佳蓉王怀民的时间最多只有半年了，佳蓉很是难受伤感，石大夫让佳蓉劝劝怀民，早点接受治疗好好休息，佳蓉告诉石大夫他不可能好好休息的，他要把所有精力献给中国的核事业。
病榻之上，王怀民还是在坚持工作，佳蓉默默的陪伴他。王怀民为佳蓉做了一套新衣服，原来佳蓉明天要去参加颁奖大会，佳蓉让王怀民帮自己戴上当初他为自己做的蝴蝶胸针，王怀民直夸好看和佳蓉一起拍照留念。1999年佳蓉到夫妻树下告诉怀民他们现在都很好，盛世如他所愿。
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