王懷民再次去醫務室體檢特意向石紅英打聽楊佳蓉是否在崗被楊佳蓉聽見。黃凱華到圖書館想再次找女收銀員搭訕，扭扭捏捏想要和人家說好卻沒辦法搭上腔。王懷民走在路上沒看路被人撞傷正好遇見因為計算數據沒小心道路受傷的黃凱華。陶志綱因為王懷民受傷著急去找醫生幫忙看病，哪知與楊佳蓉遇見兩人互認，石紅英給楊佳蓉介紹了陶志綱是所里的大黑臉。等石紅英走后，陶志綱提醒楊佳蓉王懷民也在這里上班，等會看病不要給好臉色。楊佳蓉和陶志綱說了這些科學家頻繁受傷的原因可能是因為吃不飽飯導致注意力下降。
正說著呢，彭雄飛因為耳聾被梁星強行押來醫務室檢查，四人組就差鐘心未來，哪知道鐘心也因為建模打瞌睡受傷來了醫務室，四人齊聚醫務室，被楊佳蓉教訓幾個人哪像科學家連自己都無法照顧好。四個人熱熱鬧鬧地說自己怎么受傷的，楊佳蓉卻一個人陷入了深思。楊佳蓉不知道怎么面對王懷民，王懷民卻開導其如果祖國擁有了原子彈，那么就沒有人敢投放原子彈，在美國人眼里中國是絕對不能崛起的所以才會拼命打壓中國的發展。一旦中國擁有核武器，美國就會忌憚中國，就會更加權衡原子彈的使用。楊佳蓉終于解開心結明白了中國擁有原子彈的重要性，也更能理解這些科學家的奮不顧身。
彭雄飛還是很感動鐘心送給自己的耳包還想著要給她開小灶作為感謝。楊佳蓉認為王懷民有所改變比以前更有耐心和自己講解這么多，說著大家都來了，還調侃楊佳蓉和王懷民單獨聊天，楊佳蓉玩笑似地整治黃凱華和彭雄飛下星期再出院，這兩人嚇得趕緊討好楊佳蓉。傅首長和陶志綱交代上級為了照顧科學家從外地調糧，所以所里除了科學家之外沒有人能多吃口糧。鐘心有點郁悶王懷民和楊佳蓉的感情，和彭雄飛聊天時問是不是所有的男生都喜歡像楊佳蓉那種溫柔細心的女生，彭雄飛喜歡鐘心自然開解，表示自己就是喜歡努力奮斗獨立的女生，哪知道陶志綱就在身后聽著突然冒出一句中國男人就是喜歡溫柔細心的女生，把鐘心氣到不行直接懟回陶志綱然后生氣離開。
楊佳蓉告知住院四人組可以出院，大家都興奮地不行可以回去繼續研究，楊佳蓉祝福大家可以早日研究出原子彈。彭雄飛好心問黃凱華需不需要自己幫忙實驗驗證理論，黃凱華和丁向軍不好說出組內面臨的問題。那么彭雄飛的研究二室就會向困難重重的內爆組傾斜。丁向軍和黃凱華針對槍式組的問題展開激烈討論，丁向軍忽略原子彈實用和多種效能直接更換劑量制造更大當量的原子彈，而黃凱華十分猶豫。彭雄飛一出院就去找理發師修剪發型，對著鏡子目不轉睛。內爆組在激烈討論沖擊波的變化問題時，彭雄飛突然冒出來和大家提議可以用鏡子的原理來繼續研究，而王懷民針對鏡子原理進行了深化分析運用高低兩種炸藥做成。內爆組進展不錯，這讓黃凱華有些著急和難受。
黃凱華一個人在院子里發呆遇見鐘教授，鐘教授關心黃凱華有無遇上什么問題，并且安慰其槍式原子彈經過了幾位老同志的一致同意，所以都對其抱有很大的期望，所以會在所里召開一次擴大會議把老同志們再次請來決定研究的最終方向，要黃凱華好好準備匯報。彭雄飛又在實驗的第一線交代組員如何試驗爆破，這一次的爆破已經為未來爆炸出更大的蘑菇云邁出了第一步。黃凱華因為要在擴大會議上為槍式原子彈做匯報而感到很大壓力，慢慢走著卻去到了圖書館和女收銀員見面。
彭雄飛開心地洗好頭發和丁向軍借了西裝就要出去。黃凱華卻和女收銀員漫步在小路上聊天，因為職業的保密性不得向女生透露自己的研究方向，女生主動向黃凱華介紹自己叫江水寧，而且自從那次黃凱華向自己遞過來一張寫滿數字符號的紙而覺得黃凱華是個很厲害的人，江水寧很崇拜黃凱華這樣為人民奉獻的科學家，得到了江水寧的鼓勵讓黃凱華很感動很開心。兩人分別時還有些不舍。鐘心得到了學術擴大會的消息，這就是一場學術辯論大會。因為爆破實驗取得階段性的成果，所以彭雄飛捧著花打扮正式向鐘心告白，而且壓根不聽鐘心的解釋一直表白心意，在表白關鍵性時刻，陶志綱卻帶著彭雄飛的未婚妻到來了。
彭雄飛看著迎面走來的衣著破爛情緒崩潰痛哭的女人不敢相認，是他的未婚妻彩蘭哭著栽倒在彭雄飛的懷里。彩蘭走遍了大半個中國才通過組織指點找到了彭雄飛，彭雄飛的奶奶因為把最后的口糧接濟村里的孩子而去世。彭雄飛感謝彩蘭照顧自己的奶奶不斷給彩蘭磕頭，但是不想和彩蘭結為正式的夫妻，彩蘭說奶奶千叮嚀萬囑咐要照顧好可以成為大科學家的彭雄飛。彭雄飛聽完之后只知道痛苦而再也說不出話來。陶志綱和鐘心站在門外看著里面的一切，陶志綱給鐘心講述了彩蘭一路上走來發生的一切有多么不容易，沒有文化愣是輾轉大半個中國，忍饑挨餓傷痕累累才找到彭雄飛。
鐘心也很感動彩蘭姐的經歷，感嘆彩蘭才是彭雄飛的天作之合。一番安排之后，彩蘭換好衣服整理好一切由楊佳蓉帶出A所進行安頓，彭雄飛根本不想彩蘭留下，但礙于陶志綱勸說還是接受了彩蘭留下的事實。彩蘭一心向著彭雄飛，連所里給她的口糧也省出來給了彭雄飛。彩蘭走之后彭雄飛滿臉不開心回到了宿舍，正碰見黃凱華和丁向軍在商量槍式組在擴大會議上發言的事，兩人讓彭雄飛避開還調侃了他。黃凱華接過丁向軍給的槍式組研究定稿，還是堅定地說出了讓槍式組所有同志放心的話。
第二日擴大會議開始，丁向軍信心十足的作出了階段性研究成果的匯報，鐘教授表揚了丁向軍和鐘心的發言，肯定兩組都有一定的成績。輪到各組組長發言的時候，黃凱華猶猶豫豫最終說出國家第一顆原子彈的結構應該選擇內爆式，槍式組的同志聽完之后議論紛紛，黃凱華還是堅定地說出內爆式所有的好處，兩個方案都切實可行的情況下，應該選擇更好的。因為槍式組當量不足，耗費了國家大量的財力物力，所以不能繼續浪費國家的物資而應該讓更有所為的內爆式成為繼續研究的方向。大家都佩服于黃凱華尊重科學事實的大將風范。鐘教授在大家鼓掌之后開始發言總結，表揚黃凱華的不容易能戰勝私心和自我榮譽，為國家而做出正確選擇。
黃凱華卻有些不好意思接受表揚，鐘教授最終宣布確認原子彈研究方向為內爆式，之后將研究一室的所有人力都投入到內爆式的研究中。大家都認同了最終的決定只有丁向軍一直憤憤不平。會議結束之后，彭雄飛找到鐘心想要解釋彩蘭的事情，但是鐘心根本不在乎還大方祝福了彭雄飛。彭雄飛想要彩蘭回去已經給她找好了校工的工作，彩蘭不想離開只要留下照顧彭雄飛，彭雄飛堅定地說出了與彩蘭不是夫妻的決絕之話，兩人的婚約是封建社會留下的糟粕，以后會把她當作親姐姐而不是妻子，彭雄飛扔下生活費就離開了。彩蘭心里哭也沒有放聲痛哭只是鬧不明白為啥彭雄飛要拋棄自己。
黃凱華獨自對著黑板上槍式組的總結發愣，最終擦掉了所有的理論。王懷民表示自己沒有勇氣作出和黃凱華一樣的決定，但是就是國家的存在就能讓人忘了自己只想著國家的利益，王懷民和黃凱華握手心心相惜。楊佳蓉去宿舍找王懷民問彭雄飛的事情，請王懷民幫忙勸說彭雄飛不要欺負彩蘭，王懷民不好勸說因為彭雄飛非常痛恨這種封建，如果強讓兩個人在一起那可能是悲劇的開始，彩蘭和彭雄飛不能互相理解。楊佳蓉以為王懷民的意思是只有科學家和科學家才能在一起，傷心離開。
鐘心決定召開舞會鼓舞大家志氣，陶志綱在實驗室找到王懷民抓來一起參加舞會，陶志綱刻意躲開鐘心，鐘心逼問陶志綱為何躲開自己，陶志綱說了幾句理由就趕緊避開鐘心溜進了大廳。鐘心找到工作的王懷民要與其一邊舞蹈一邊討論中子原理的事情。在一旁看著的彭雄飛很是難受，但他堅持鐘心對自己是有誤會的，彭雄飛已經要送走彩蘭對鐘心當然不死心。彩蘭也很不舍得離開，楊佳蓉本來打算去舞會找王懷民結果看見和鐘心共舞的王懷民，于是只留下字條讓陶志綱轉交。鐘心直接問王懷民對楊佳蓉的感情如何，得不到回答之后直接對王懷民表白，王懷民還是拒絕回答，然后鐘心也生氣離開了。
鐘教授在舞會給大家作出總結，原子彈研究過程中還存在許多難關需要突破，即使是這樣，難關最終可以度過，因為原子彈羅布泊研究基地就要建成，這項壯舉是全國人民和毛主席都在看著的，必須要有信心完成。丁香局喝醉酒詢問黃凱華為什么要放棄槍式，那么多同志沒日沒夜地研究理論，是黃凱華說放棄就放棄的嘛，丁向軍始終無法理解黃凱華背叛槍式的原因，丁向軍只在乎最終原子彈成功榮譽沒有自己，黃凱華勸說丁向軍不要太在乎個人榮譽，但是丁向軍根本無法放棄自己的前途和地位這讓黃凱華很是失望，丁向軍已經在歧路上無法挽救。
舞會散場，陶志綱將楊佳蓉留下的字條交給王懷民，原來是振理高燒住院。鐘心因為王懷民對自己的態度有些傷心在陶志綱面前紅著眼讓陶志綱有些奇怪。王懷民匆忙趕到醫院，看著楊佳蓉被雨淋濕卻依然照顧振理，急忙拿毛巾為她擦拭，舉手投足間情意暗顯。振理生病需要陪床但是王懷民沒有時間，楊佳蓉再一次主動承擔，王懷民感謝楊佳蓉這些年為自己和振理的付出，這些也是別人無法替代的。楊佳蓉說自己一直在研究輻射防護，有一天也能成為科學家，王懷民堅信不疑。王懷民對楊佳蓉產生了感情但是卻害怕愛上別人的那一刻何吟薇在自己心中消失。
鐘心向父親鐘教授求助關于中子源研究的材料問題，鐘教授近期出差中可能可以給鐘心帶回，但是當鐘教授問起鐘心與王懷民的問題時，鐘心避開了。楊佳蓉向牛玲請求去最艱苦的地方實習，但是牛玲考慮到楊佳蓉太過年輕不放心其去冒險，但在楊佳蓉的再三懇求勸說下還是成行。彭雄飛在食堂遇到身穿工作服的李彩蘭，這才知道李彩蘭竟然留在了A所食堂上班。彭雄飛質問彩蘭為何會在食堂，留在A所工作是陶志綱安排的，還鼓勵兩人談戀愛，彭雄飛被彩蘭的一番話說的無語，旁的人還讓彭雄飛早日把婚禮辦了。張來因為被撞工作包被特務掉包。
特務“信鴿”潛入實驗室竊密，鐘心正好去實驗室工作，時間過了許久鐘心依然沒有完成計算，特務心急打算刺傷鐘心，正巧王懷民來找鐘心正好瞥見特務留在桌上的張來的包，意識到可能是有壞人潛入，要拉走鐘心卻被特務阻攔，搏斗中王懷民為保護鐘心受傷，幸好陶志綱及時趕到抓住特務。隨后封鎖全所不容許一個人外出，嚴格檢查證件，審問特務抓住同伙張炎卻被其服毒自盡。鐘心盯著受傷的王懷民讓其很不自在，本來已經對王懷民心如止水的鐘心因為這件事情對王懷民再次愛慕，王懷民還是無法思考感情問題。
王懷民從石紅英嘴里得知楊佳蓉出差但很快會回來，鐘教授被特務襲擊也受傷入院。特務事件雖然沒有造成太大損失，但陶志綱得知特務“古扇”潛伏北京伺機而動。這些特務都是在大學時期就埋下的棋子，傅首長教育陶志綱不能像上戰場打仗一樣，要學會像科學家一樣思考問題，陶志綱愿意為這件事情承擔處分。鐘教授中度腦震蕩但是不想住院耽誤出差時間也不想轉院治療。
鐘教授留住王懷民和鐘心特意撮合二位的事情，王懷民以原子彈原理作為例子說明自己與鐘心之間的不可能，鐘心完全明白王懷民的心意。沒有更換新通行證的彭雄飛險些被衛兵當成特務，好在黃凱華及時為彭雄飛解釋這才被放行，接著又給彭雄飛解釋新證的事情，新的通行證制度保障安全的同時，又給科學家們帶來了麻煩。王懷民找到陶志綱要求更換高級證件可以全所通用，被陶志綱拒絕。鐘教授也對傅首長提出了新證件的缺點部分，但是所內根本原則是信仰問題，所以不能放寬限制，大家都在苦惱時陶志綱卻主動提出信任王懷民。