孫家棟進入會議室表明身份，洪主任等人讓他坐下，把這件事情說明白。拿掉這么多的發射項目，大家都不明白孫家棟這么做的意義，認為這個簡化方案是不妥當的，孫家棟說自己學的和衛星邊都挨不上，他也不明白錢學森推薦自己是為什么，后來他明白了，因為他是個新人沒有包袱，他只關心他們的最終目的。飯要一口一口吃，路要一步一步走，簡化方案只是在規定時間內完成能完成的，大家的工作成果也不會浪費，反而會有更充裕的時間完成。大家有些被被說服了，錢學森這時出現，認可了錢學森的報告，不過還有些不夠完善，所以希望大家幫孫家棟梳理思路。大家是同一條船上的隊友不是對手，時間方面不能變。眾人紛紛表態會全力配合，簡化方案得到了認同。
插頭做的不符合要求，這些零件雖小卻很重要，各個廠子都做不出來，孫家棟特地去了上海，找一個叫劉全有的師傅。劉全有生病了，他的徒弟李康倒是在，李康有些好奇的問他們做的是什么，看看他能不能幫上忙。不久后孫家棟收到了李康做出來的零件，但工藝水平依舊達不到。孫家棟琢磨了一下，讓李康和田師傅取長補短，但陳希遠認為不是插頭的問題，是人的問題。插頭草圖是劉全有畫的，孫家棟給田師傅看了師弟田師傅發來的電報，說如果李康能在他的指導下做出來愿意認輸，田師傅這才愿意去上海。
田師傅和劉全有是比了一輩子的的師兄弟，但劉全有現在病重，他想著如果最后能再比一下也就沒有遺憾了。在二人的合作下，成功做出了合格的插頭。孫家棟為大家介紹聽得到，衛星進入太空它會為全世界聽到東方紅樂曲，可是沒想到它在播放途中走音變調，孫家棟連忙去找人解決問題。師傅難壞了，孫家棟就出了個笨辦法，抓緊時間找出問題所在。
首長來視察這天，孫家棟還在忙著排查問題沒有回來，陳希遠等人十分焦急。首長要聽東方紅樂曲，陳希遠拖延時間無可奈何，只能硬著頭皮播放了起來。聽到走音變調，首長們十分驚訝。與此同時，孫家棟也找到了問題，把新的機器帶了回來，在首長離開之前趕到解釋了問題，并成功播放了東方紅樂曲。孫家棟成功解決了問題，也得到了陳希遠的認可，還按照賭約把乒乓球拍給了孫家棟。
五院要改建了，孫家棟等人離開了這里有些依依不舍，這里見證了他們最艱難的一段時間。1968年，中國科學技術研究院。搬完家后，眾人盤算著放假要做什么，孫家棟答應了魏素萍明天要陪著孩子去爬山，還特地去給魏素萍買了一雙鞋子。去登山前一晚，魏素萍四處找相機打算明天多拍一點照片給父母寄過去，沒想到這個時候出事了，樣星超重了。孫家棟只能決定放棄爬山，明天去廠里看看。魏素萍得知后難免有些失望生氣，亮亮期待已久的爬山也只剩下了媽媽。
樣星超重問題，孫家棟找出了問題原因，是因為儀器上的領袖像章，其實大家心里都知道這個問題，但是如果要拆掉，孫家棟就是引火上身給自己找麻煩。孫家棟回想起當初主席的講話，又看著眼前的領袖像章猶豫。
孫家棟決定拆除部件上的領袖徽章，全部都拆掉，師傅有些為難，有一位剛做父親的師傅直接就跑了。徽章全部都拆除了，孫家棟這一行為被批判，錢學森去開會前讓人轉達他的話，衛星超重是科學問題不是政治問題，要用科學的方式去解決，孫家棟作為總體設計負責人有責任也有權利解決困難，不要隨隨便便扣帽子。孫家棟自己扛下了這件事情，總體設計部的兄弟們都很自責。
孫家棟回家后孩子們已經睡下了，魏素萍心里有怨氣，也愛搭不理的。像章都被裝回去了，賈崢還派人把車間占了，這么一鬧后面的實驗都沒辦法解決，孫家棟決定過幾天向總理匯報工作時，說一說這件事情。孫家棟去看望了臥病在床的陳主任，陳主任提起以前一起工作的事情，話語中十分懷念。陳主任自知身體已經撐不了多久了，唯一的遺憾就是等不到東方紅一號問世，還讓孫家棟他們好好努力，真理是藏不住的！孫家棟聞言抽泣，陳主任指了指旁邊的抽屜，里面是孫家棟落在辦公室里的自行車模型，他說過要騎著自行車上月球。
孫家棟回家晚了沒拿鑰匙，魏素萍賭氣不給他開門，無奈之時，聶帥來了。聶帥剛從錢學森家里出來，這件事情非同小可，關鍵時刻聶帥會站出來支持。魏素萍出來看到聶帥嚇了一跳，激動的連話都說不清了。聶帥說孫家棟正在從事一項重要的有利于人民的工作，這一切離不開魏素萍的支持。魏素萍恍然大悟，聶帥還說以后家里遇到困難可以隨時來找他。魏素萍沒有讓孫家棟再解釋，現在什么都沒有意義了。孫家棟害怕連累魏素萍和孩子，想讓他們回東北老家躲一段時間，可魏素萍的意思卻是吃糠咽菜也要一起扛。
錢學森和孫家棟在去向總理匯報工作的路上，二人都很緊張。見到總理后，孫家棟匯報了目前棘手的問題，樣星超重三點六五公斤，原因是每個分系統儀器上都安裝了毛主席像章。孫家棟說話緊張的有些磕巴，總理表示大家對毛主席的熱愛是對的，但需要認真考慮什么地方放什么，做衛星要考慮的是科學問題，總理讓他們回去好好和大家講道理，會講明白的。這件事情終于解決，賈崢氣得都快暈過去了，孫家棟等人則開始加班加點地想把耽誤的時間都掙回來。
孫家棟正在車間加班，志朋突然跑來說魏素萍住院了。孫家棟忙跑到醫院，但因為探視時間被攔在了外面，孫家棟一著急暈倒了。病房內，魏素萍拉著孫家棟的手，孫家棟醒來連忙向魏素萍道歉，她住院這么多天了孫家棟卻才知道。孫家棟疲勞過度，這下子不想陪著魏素萍都不行。二人一起生了病才有機會朝夕相處，孫家棟讓魏素萍換了衣服，偷偷帶著她出去吃飯了。劉大夫來查房，只看到了他們留下來的假條。魏素萍坐在孫家棟的自行車后座，有些難得的甜蜜。
日本正在想方設法打聽東方紅一號的進展，要搶在我們前頭，但亞洲第一顆衛星的榮譽，說什么也不能讓日本人搶走！錢學森告訴孫家棟昨天的發射失敗了，美國向日本提供了發射衛星的陀螺儀，錢學森馬上要去酒泉，東方紅一號出廠前的測試工作，錢學森就交給了孫家棟，這是新中國的第一顆衛星，絕不能有半點差池。衛星組裝完畢，賈崢建議提前出廠搶在日本前發射，孫家棟提出了反對，所有的測試都合格才能進入到發射程序。日本衛星發射了，亞洲第一的榮譽被奪走，賈崢揪住孫家棟的出身咬定他是白專典型，暫停了他的職務，不讓他參加一切工作。錢學森在外地出差，也沒有新的任命，陳希遠成為了暫時負責人，但他們在心里都認定，只要孫家棟一回來，還是會由他來主持大局。
孫家棟被暫停工作后依然關心衛星進展，今天總裝完成，孫家棟不放心特地跑來看一看。陳希遠發現后連忙叫住了孫家棟，賈崢不讓他進車間，陳希遠就悄悄帶著他進去看了一眼。看到衛星的真正模樣，孫家棟有種十月懷胎終于落地的感覺。
看到衛星的那一刻，孫家棟頗為感動，從草圖上的形狀走到實體，只有他們這些參與其中的人才知道有多么不容易。孫家棟悄悄把衛星的樣子畫了下來，偷偷收藏了起來。衛星天線展開實驗，天線展開了，其中一根天線卻甩出來傷到了一個人。大家只好在防護狀態不斷測試衛星天線，輕了甩不出來，重了直接斷了甩出去了。志朋和陳希遠為此去見了錢學森，錢學森說要請孫家棟來幫忙，并且注意保密。
賈崢稱收到舉報來孫家棟家里搜查，口口聲聲說家里有反革命材料，魏素萍淡定地切著菜，卻在賈崢要沒收徽章的時候怒讓他放下，孫家棟是公派去蘇聯的留學生，領袖訪蘇時更是見了留蘇學生，他們拿這些就是在搶劫！孫家棟這些年一心撲在工作上，魏素萍指責他們才是破壞革命的壞分子，非要讓他們搜，要是搜不出來必須賠禮道歉！魏素萍拿著菜刀氣勢逼人，賈崢嚇得結巴連忙跑了，連孫家棟都看愣了。魏素萍這才悄悄拿出藏起來的衛星圖紙交給孫家棟，囑咐他要收好。
孫家棟冒著大雪去幫陳希遠他們解決問題，回家時冷得打噴嚏，魏素萍連忙煮了姜湯。雖然冷，但孫家棟打心底里高興。賈崢聽說孫家棟一整天站在車間外面，可是一想到魏素萍說的那些話就也不敢管了，他可是毛主席親自接見過的人。衛星天線終于測試成功了，陳希遠迫不及待跑出來向孫家棟報喜，孫家棟讓他找個作廢的天線留作紀念。陳希遠忙跑回去拿，孫家棟卻暈倒在了雪地中，賈崢發現后把他送到了醫院。
衛星匯報時志朋和陳希遠說有一位不求名利的同志參與了衛星新天線的研制工作，賈崢立刻站起來說不獎勵這樣的好同志說不過去。陳希遠回答，這位同志就是孫家棟。孫家棟熱愛航天，豁出命去工作完全不計較得失，這是對黨、對國家、對人民最大的忠誠！借此，孫家棟才重新回到了工作崗位上。錢學森在東方紅一號鑒定文件上簽字后，一同去酒泉發射衛星的名單也下來了，孫家棟連忙念了名單讓他們收拾東西明天一同出發，但是唯獨沒有孫家棟的名字。大家想去找錢學森，但孫家棟認為衛星比他的事情重要太多了，錢學森的擔子太重了，他不應該再添麻煩。志明和陳希遠等人出發了，孫家棟送他們離開時十分不舍，志明深深地替他鳴不平，卻又無能為力。
衛星發射這一天，孫家棟飯也吃不下去，一個人到大街上溜達。電線桿下都站了兩個人，他們說要保持通訊暢通，領導下了死命令要站到天亮。酒泉衛星發射中心。衛星發射時間越來越近，孫家棟身在北京，卻仍然肅然起敬，整理衣服后看向了天空。倒數過后，“東方紅一號”點火入軌成功發射，這一刻，所有人都熱血沸騰，酒泉衛星發射中心揮舞著五星紅旗，這是屬于我們的中國紅。
孫家棟在街頭守到了天亮，終于等到了今天的報紙。1970年4月24日，“東方紅一號”成功發射，孫家棟熱淚盈眶，我們終于騎著自行車，上月球了！