陶志綱雖然拒絕了王懷民，但其后仍為科學(xué)家們申請高級通行證，這令組織上對他刮目相看，陶志綱的胸懷變得更加寬廣，傅首長也很贊成陶志綱的提議雖然王懷民進所以來的表現(xiàn)很好但還是需要多多考察科學(xué)家們的社會主義信仰，可以暫時發(fā)放一些高級別通行證以作試驗。陶志綱向組織請求處分被駁回，但是委派給他遠赴他鄉(xiāng)的新任務(wù)。鐘教授將陶志綱為科學(xué)家們說話的事情告訴了王懷民，同時告訴社會主義的科學(xué)家要堅定信仰不為利益不為地位只是為了國家和人民，這些道理王懷民都很明白。
眾人為陶志綱餞行，鐘心和黃凱華想要做些好吃的給他，但食堂什么都沒有，正好彩蘭管理食堂，鐘心和黃凱華哄著彩蘭給尋摸點東西給陶志綱做好吃的，彩蘭心里也很感謝陶志綱，于是找出一些野菜做出了吃的，安排在宿舍里給陶志綱踐行。大家想要和陶志綱分別都有些不舍得，提及高級別通行證的事情，唯獨丁向軍沒有他又有些不是滋味。彭雄飛對陶志綱說出自己對彩蘭的真實感情，但在陶志綱眼里彩蘭這么好的女人就是一些思想不徹底的科學(xué)家們最好的榜樣。彩蘭去醫(yī)務(wù)室看見石紅英，她坐在樓梯口防止有人越獄，正好鐘教授就是那個要逃走的人，立刻被攔住又回到了病房。
彩蘭是來找楊佳蓉送吃的，結(jié)果楊佳蓉不在，吃的都交給了石紅英。陶志綱和眾人喝的七七八八，說起自己在朝鮮戰(zhàn)場上抓住美軍俘虜，俘虜嚷嚷著要給中國扔原子彈的事情，自己在戰(zhàn)場經(jīng)過的了人間煉獄，幾百個戰(zhàn)士被燒成火人，到處都是人肉燒焦的味道，陶志綱對原子彈的心結(jié)就來源于此。從前陶志綱瞧不起科學(xué)家，但現(xiàn)在已經(jīng)把大家當成了戰(zhàn)友不離不棄的兄弟，王懷民和大家都很感動。彭雄飛提起鐘心也要出差，黃凱華不禁猜測兩個人出差的目的地是同一個地方。
黃凱華對書店的女收款員江水寧頗有好感，他特意到書店尋找江水寧。王懷民腳傷痊愈收拾東西卻想等著楊佳蓉，但是面對石紅英又不承認。黃凱華帶著咖啡給江水寧嘗試又給她講咖啡的故事，江水寧想要學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)努力考上大學(xué)，但是提起自學(xué)高等數(shù)學(xué)遇到困難，希望黃凱華可以輔導(dǎo)，令黃凱華激動不已。陶志綱遠赴西部基地，深夜狂風(fēng)大作，奮力加固帳篷的陶志綱被狂風(fēng)卷進了另一個帳篷，?撞上鐘心正在換衣服。
陶志綱一晚上都很心慌講給戰(zhàn)友聽的時候也被一通指責(zé)更加不安。戰(zhàn)友給她建議娶鐘心對人家負責(zé)，陶志綱反應(yīng)更加激烈。次日一早，陶志綱主動和鐘心搭話告訴她基地沒有可洗漱的水，又提出要送人家去中子源研究所，一路上還給人家科普沙漠環(huán)境，?陶志綱滿臉悲憤地對鐘心宣布要娶她為妻。面對陶志綱的“負責(zé)”，鐘心哭笑不得，直接跳下汽車傷了鐘心的腿。中子源研究所迎來了一批很好的材料，鐘心的表現(xiàn)讓研究所的劉所長和左隊長很是滿意贊不絕口。
陶志綱跟著鐘心來到中子源研究所，鐘心不想讓陶志綱繼續(xù)跟著自己生氣地一直指責(zé)，但是陶志綱只認死理就要對鐘心負責(zé)任，鐘心無法勸動陶志綱只好生氣離開。黃凱華教江水寧數(shù)學(xué)但是江水寧一直學(xué)不會讓黃凱華有些控制不住情緒，但是江水寧沒有生氣是要求黃凱華對自己再嚴厲些才能學(xué)好數(shù)學(xué)。彭雄飛不想在食堂與彩蘭見面情愿不吃主食。江水寧主動做好吃的飯菜作為學(xué)費，黃凱華吃了這么多年的食堂對于家常飯菜自然喜歡。
彭雄飛沒有領(lǐng)取自己該有的口糧，彩蘭下了班親自給他送去，彭雄飛認為還是有必要聊聊兩個人之間的關(guān)系，彩蘭知道彭雄飛對自己沒有感情但是就認死理，既然被彭家娶進門那就是彭家的媳婦，彭雄飛心里憋屈但是一口咬下彩蘭做的包子就再也停不下來。黃凱華和江水寧說起王懷民的事情，在江水寧面前黃凱華承認王懷民比自己更厲害，天賦這種東西是無法超越的，江水寧卻只崇拜黃凱華這樣的科學(xué)家，她認為個人都在自己的崗位上盡力，最后讓國家驕傲就行，不用計較誰更厲害。江水寧的話讓黃凱華很開心也很寬心。
研究所里，數(shù)據(jù)匯總工作完成，研究進入新的階段，也面臨著新的難題。王懷民真誠的發(fā)言鼓舞了眾人，告知大家基礎(chǔ)理論已經(jīng)完成要進入原子彈架構(gòu)的研究當中了。只有丁向軍神色不忿。但是不能阻擋大家繼續(xù)研究的熱情，每個人都各司其職計算著自己崗位上需要的數(shù)據(jù)。林教授給鐘教授帶了一個神秘的物件，打開卻是珍貴的金屬材料，鐘教授立刻就要人給鐘心送去。正好王懷民來找鐘教授解決問題，鐘教授就直接引薦了林教授給王懷民認識，林教授對王懷民的科學(xué)理論還是贊不絕口的。
王懷民在林教授的肯定下告知了現(xiàn)在研究室面對的問題，林教授建議王懷民將A所的一些計算任務(wù)分給華東所。王懷民也面臨出差但是小振理沒有人照顧，去問石紅英她又嘚吧嘚吧一堆最后還是告知了王懷民，楊佳蓉回來的時間。楊佳蓉所在的研究所突發(fā)爆發(fā)可能面臨核泄漏的危險，但是楊佳蓉要求全面參與核泄漏的排查和防護工作的收集，但是急救隊長考慮到危險性極大不讓楊佳蓉加入，楊佳蓉未得到允許的情況下直接進入現(xiàn)場拍照記錄。
現(xiàn)場有一名同志遇險，楊佳蓉救護同志始終沒有放棄，好在大家及時趕到楊佳蓉也安全走出現(xiàn)場。原來被救的那位同志是研究所的孟院長，大家都覺得楊佳蓉表現(xiàn)的很好得到了大家的一致認可。牛玲也感到很驕傲，楊佳蓉這才得知孟廣闊院長是牛玲的愛人，并不像其他人傳說的那樣沒有結(jié)婚，牛玲承諾以后會把楊佳蓉當作家人，問起楊佳蓉和王懷民的感情問題時，楊佳蓉有些逃避，但是牛玲告訴她不用逃避愛的問題，只有每個人都有幸福美滿的家庭才能把更多的精力投入到工作當中，這一番話讓楊佳蓉感觸很深。
王懷民去上海出差，為楊佳蓉買了一枚蝴蝶胸針，而且提出了諸多的要求，他要求的工藝只有這家店的工人能做。鐘心收到了鐘教授寄給自己的原材料，打電話回復(fù)的時候按照陶志綱所說的暗語頗為搞笑和麻煩，陶志綱在電話結(jié)束之后突然掏出了一束鮮花再次向鐘心求婚，鐘心直接殘忍拒絕這讓陶志綱有些失落。陶志綱絕不氣餒繼續(xù)追求鐘心，雷達卻出現(xiàn)問題有不明飛行物在空中偵查基地。原來這種飛機是各類高射炮無法擊中的，所以它能隨意窺探我國的原子彈基地。
在做首飾盒的時候，王懷民注意到了手藝高超的工人陸大海。王懷民回到基地后向鐘培林推薦陸大海，鐘培林也被此人高超的手藝震撼，向領(lǐng)導(dǎo)申請將陸大海調(diào)到A所。黃凱華和丁向軍因為一組方程又起了爭執(zhí)，王懷民幾筆計算就否決了丁向軍的算法，但是丁向軍質(zhì)疑如何才能簡化算法提高效率，王懷民直接寫出一個公式讓大家計算，立刻得到了結(jié)果的認證，這讓丁向軍更加尷尬。楊佳蓉結(jié)束工作就要回家。楊佳蓉一回到A所，石紅英就給她匯報了王懷民的事情。理論模型正在建構(gòu)，可科學(xué)家們計算的結(jié)果與蘇聯(lián)數(shù)據(jù)之間始終存在差異。
楊佳蓉剛回所里收拾東西晚上又得離開，石紅英卻替王懷民道出了他想楊佳蓉的事實，楊佳蓉心里有些開心但始終沒有作聲。龐大的運算量令科學(xué)家為難，所里卻只提供了算盤作為運算工具，好在科學(xué)家們有一股求知探尋和愛國的熱情很快又投入到了工作當中。鐘心要和鐘教授溝通工作上的事情，但是陶志綱要事先編好暗語才能進行，至于鐘心和父親的私房話陶志綱不得不破例一次但要求監(jiān)聽隨時停止，鐘心把有人要強娶自己的事情和父親說了，鐘教授倒無所謂女兒的戀愛問題，鐘心存心戲弄陶志綱讓其吃癟。
楊佳蓉帶著振理等待王懷民，從白天到黑夜，然而繁雜的運算工作讓王懷民忘記了時間。正好碰見彩蘭來給張大爺送飯問起振理是誰的孩子，楊佳蓉找了個借口話題就轉(zhuǎn)移到了彩蘭留在所里食堂工作的事情。彩蘭已經(jīng)不對彭雄飛抱太多的幻想了，只想自己在這里好好活著，為國家奉獻自己。楊佳蓉晚上要出差但是不知道什么時候回來如果見不了王懷民那就不知道什么時候還能再見。彩蘭勸楊佳蓉去辦公室找王懷民否則就要錯過，楊佳蓉不肯。
大家計算的數(shù)據(jù)與蘇聯(lián)專家給的始終不一致，王懷民懷疑可能是蘇聯(lián)數(shù)據(jù)錯誤，還要求大家再繼續(xù)計算。丁向軍固執(zhí)己見始終無法放開槍式的執(zhí)著，對于王懷民多有不服竟然大發(fā)雷霆，對于丁向軍的表現(xiàn)大家議論紛紛。王懷民鼓勵大家鐘心已經(jīng)帶領(lǐng)小組成員在西部建立了中子源，上海華東分所的同志們也在精確計算數(shù)據(jù)，大家都不是孤獨地奮斗，要繼續(xù)努力。楊佳蓉久等王懷民不來只好獨自把振理送進了幼兒園，振理不舍得和楊佳蓉分開哭著哀求，但是為了工作楊佳蓉也不得不傷心離開。
大家每日都在為計算數(shù)據(jù)奮戰(zhàn)，人手不足不得不征調(diào)大學(xué)生加入到基礎(chǔ)計算當中。經(jīng)過9次計算，結(jié)果全都一樣，此時眾人終于確信，是蘇聯(lián)的原始數(shù)據(jù)錯了。原子彈基礎(chǔ)理論構(gòu)想報告大會召開，蘇聯(lián)和美國都斷言中國在二十年內(nèi)不能造出原子彈，但是不服輸有骨氣的中國人就是在艱苦的環(huán)境之下研究出了自己的原子彈理論體系。王懷民代表科學(xué)家作匯報說明，丁向軍對王懷民仍然忿忿不平，王懷民對大家宣布理論構(gòu)架完畢，原子彈制造工程終于可以開始。
鐘心找陶志綱強調(diào)不要再糾纏自己，戰(zhàn)友替陶志綱打掩護說其奉命去負責(zé)大部隊到達的安保工作。彩蘭要跟著大部隊去西部基地支援，彭雄飛卻突然有些不舍挽留的話始終說不出口。A所抽調(diào)精英骨干也要去西部，于是彭雄飛得知自己也要去。黃凱華顧著和江水寧道別，任務(wù)完成不了不能回北京也不能告知江水寧自己去哪，兩人雖是不舍卻可以通過信件繼續(xù)交往。王懷民也要給振理辦理轉(zhuǎn)學(xué)了，帶著他一起去西北讀書。1962年二機黨組向國家承諾會在1964或1965年完成原子彈制造，也就是這一年開始為原子彈成功形成了總攻勢。
基地的同志熱烈歡迎科學(xué)家們的到來，還準備了可口的飯菜。陶志綱席間不斷避免鐘心的眼神，彭雄飛又四處尋找彩蘭的身影。席間有人浪費糧食，陶志綱見后把科學(xué)家們帶到軍人食堂，陶志綱讓浪費糧食的科學(xué)家嘗野菜湯，原來為了把糧食省給科學(xué)家們，戰(zhàn)士們居然在喝樹葉湯。科學(xué)家們吃的每一口糧食都是全國人民省下來的，不該浪費也不能浪費，大家觸動都很大，把土豆和主食分發(fā)給戰(zhàn)士們，但是戰(zhàn)士們依然的推讓，雖然分工不同但每個人的使命都很重要都想要更好的糧食。陶志綱把王懷民帶至基地的河邊見到了楊佳蓉。