小曾對林儒丫有意思，經常到林儒丫家干活表現，林儒丫告訴小曾，雖然自己的母親一直有意撮合他們，但她還是要等徐遠征回來。不久之后，徐遠征來信，告訴自己接受的是秘密使命，不能告訴父母家人，但現在上級已經同意家屬來新疆，他很快就會回來接儒丫了。看到信后的儒丫落了淚，而儒丫的母親也知道自己一直誤會了徐遠征，她叫女兒趕快收拾行李去找徐遠征。
張司令員告訴徐遠征可以動身去接自己的老婆了，但徐遠征卻惦記著自己工兵團的戰士們，由于食物飲水匱乏，戰士們的營養跟不上，戰斗力有所下降，徐遠征因此請求組織代自己把老婆接回來，自己要帶領著自己的士兵搶抓工期，將任務完成。
林玉潔因為孩子失蹤埋怨自己的丈夫，到達基地就帶著孩子獨自去了帳篷里。張司令來看望她，才從警衛員口中得知建軍失蹤的消息，張司令派警衛團沿途尋找，并指示一有消息就馬上向他報告，但連續近日，工兵團還是沒有找到建軍的蹤影。汽車團的戰士受傷了，但基地醫院的醫生都出診不在家，無奈之下何玉山只能找當醫生的妻子幫忙，林玉潔忍著失去兒子的痛苦，給受傷的戰士作了手術。
林儒丫到達新疆，和闊別已久的新婚丈夫見了面，對他是又愛又恨。徐遠征趕著驢車，帶著自己的妻子，在部隊里顯擺了一大圈，以證明自己沒吹牛，自己的老婆就是漂亮。
深夜，無處安身的兩人將大卡車后的后車板當成了自己的婚房。早上，徐遠征叫林儒丫起床，去發現她昏死了過去，還好經過醫生搶救有驚無險，但醫生告訴徐遠征，林儒丫有先天心臟病，要控制病情，就不能讓她太激動和勞累。
建國結識了部隊中的其他小伙伴，張援朝，爸爸是汽車團的，歐敏、柱子，姐弟倆的爸爸是警衛團的，還有李小歡，爸爸是工兵團的。建國一心想尋找建軍，于是他把這些小伙伴組織了起來，自己成了營救組的組長，讓他們備好水和干糧，幾個小孩子一走出基地，尋找建軍。
經過工兵團的努力，基地里的地窖挖好了，徐遠征第一時間帶著儒丫來到地窖，告訴她這就是他們的家，儒丫看到家徒四壁，讓徐遠征找些舊報紙和漿糊，她要將家里好好收拾一番。
幾個小伙伴越走越遠，累得精疲力盡，原地休息，這時，他們發現了不遠處有一條清澈的河流，高興地向河流奔去，但眼看就要到了，河流卻消失了，原來一切都是海市蜃樓。幾個孩子天真的出來尋找建軍，但現在都后悔了，想盡快回到家里，建國也覺得自己決定太魯莽了，決定和小伙伴們一起先回家。
孩子的家屬找到何玉山，告訴他自己的孩子不見了，何玉山回到家中，發現建國丟下襁褓當中的妹妹，也沒了蹤影，便抱著孩子找到林玉潔，將孩子交給他，自己組織隊伍去找尋孩子下落。
建國憑借麗薩教他的有限的地理知識，領著小伙伴們回家，但他們很快發現，這根本不是回家的路，幾個孩子迷路了。援朝責備建國，把他們帶出來，卻將他們領丟了。孩子們慌了神，開始爭搶飲水和食物，幸好歐敏及時阻止了大家，告訴大家只有團結，同甘共苦才能度過難關。大家聽了歐敏的話，開始有秩序地喝水吃東西。
基地的無線電一直滴滴作響，一道道尋找孩子的指令下達到各部隊，張司令派汽車團開著卡車沿途四處尋找孩子們，但幾路都無功而返。建國提出點一堆火，來尋找他們的部隊就可以尋著火光找到他們，但沒人身上帶火柴，建國值得學習古人鉆木取火了。不一會，火苗出現了，眾人點燃了聚攏在一起的火柴，期待著自己的爸爸媽媽們能看到火光，找到他們。
深夜，有一只狼出現在了戈壁灘上，歐敏嚇壞了，躲在了柱子身后，建國讓他們一起吶喊，嚇走了狼，此時天已經涼了，親自坐車尋找孩子的何玉山聽到了孩子們的叫喊聲，終于找到了他們。與此同時，徐遠征的新家被何玉山布置的整整齊齊，張司令員和戰友們一起來到地窖看望他和妻子。入夜，林儒丫對徐遠征說，有他在身邊，自己才最踏實，為了這一刻，死了也值得。
1960年，蘇聯單方面撤走所有專家，國家要靠自己進行核試驗。張司令找到何玉山，告訴他要成功進行核試驗就要有一個好的天氣環境，因此需要一個氣象站，而建設氣象站的任務就落在了何玉山肩上，但讓張司令放心不下的還是水源問題，何玉山決定一邊從外面運水，一邊組織人手尋找地下水。但他只有一個要求，不要徐遠征和工兵團幫忙，因為他看見徐遠征就頭疼。
林儒丫調到了基地政治部工作，也穿上了軍裝，可謂英姿颯爽，她穿著軍裝來營地找徐遠征，引得戰士們頻頻側目。徐遠征看到林儒丫穿上軍裝的樣子，連連夸獎她就像古時候的女將軍花木蘭。
接到新的命令，何玉山收拾好行李，來向妻子辭行。到達基地醫院，何玉山看到了站在外面的兒子，他囑咐兒子要做一個真正的男子漢，在他出去執行任務回來之前，要照顧好媽媽和妹妹。何玉山像妻子辭行，告訴他知道建國心里還是放不下建軍，希望妻子多費心，別讓建國一時沖動創出禍來。
路上，何玉山讓司機停下了車，自己一個人走到一顆樹下，將自己給建軍買的小喇叭埋在了地底，痛哭失聲。他知道，茫茫戈壁，建軍已經不可能活著回來了，他非常地傷心，但他告訴建軍，自己要完成的這項任務，比他們全家人的生命更重要！
何玉山到達目的地，剛要開始著手布置，就看見徐遠征和工兵團坐著卡車開了過來。怕什么來什么，但何玉山嘴上還是歡迎他的到來。中午吃飯時，何玉山本想發揚一下風格，讓工兵連先吃，保障部后吃，但徐遠征卻說工兵連自己解決伙食。工兵連在被太陽烤的炙熱的石頭上烙起了餅，還送給了何玉山一張。夜晚，強大的風沙將徐遠征的帳篷刮走了，徐遠征只得和何玉山睡在一起。李一嬋外出路過部隊大院，看到了許久不見的女兒麗薩，但這次見面是短暫的，任憑麗薩哭著喊讓媽媽不要走，李一嬋還是告別了女兒上車離開。
氣象站正式竣工，但在啟動氣象設備觀測天氣時，汽油發電機卻出現了故障。何玉山只好親自帶著發電機坐車去六百多公里外更換發電機，但在路上為了躲避橫穿而過的黃羊，出現了翻車事故，何玉山受重傷，幸好被經過的部隊戰士發現，將他緊急送往醫院，林玉潔看到丈夫傷成這個樣子，心痛不已，慶幸的是何玉山雖然受傷，但還有意識。林玉潔對何玉山實施了搶救，讓何玉山的傷情逐漸穩定下來。