彩蘭不論條件多么艱苦，勞作多么辛苦都堅持打理自己的農田，彭雄飛默默觀察著彩蘭想幫她分擔一些重擔結果還根本無力抬起，饑餓情況有所好轉，李彩蘭的農田開發也卓有成效，連傅首長也帶頭表揚李彩蘭。彭雄飛驚異于李彩蘭的進步，漸漸意識到了李彩蘭的好。陶志綱、老格勒一行在戈壁上行軍討論起羊肉的好味道結果真的發現戈壁上出現黃羊群。有同志調離A所回北京讓大家都很失望。陶志綱向傅首長匯報羊群的事情，在傅首長的爭取下，上級同意保護黃羊群延續的情況下有限獵殺，且傅首長為此次行動負全責。
黃凱華、王懷民和彭雄飛查看爆破實驗場所，又繼續探討一些關于原子彈爆破的數據問題。大家都在為彩蘭田忙前忙后，陶志綱則帶隊打黃羊。土豆算是種出來了，彭雄飛倒是佩服起彩蘭，且彩蘭對戈壁的土壤種植方法很有自己的一套理論讓彭雄飛對她更加另眼相看。陶志綱正要設計黃羊，鐘心等人趕來阻止，鐘心直言黃羊是瀕危動物，對他們進行打獵是犯罪行為，不僅鐘心，王懷民和楊佳蓉也是這樣想的，陶志綱卻說人的健康更重要。
陶志綱的話也很有道理，只有打下黃羊獲取糧食才能繼續堅持制造原子彈這個偉大的事業，老格勒為緩解氣氛喊大家伙一起去喝奶茶。彭雄飛主動到田地里幫忙，李彩蘭說等基地糧食問題解決了她就會走，彭雄飛忍不住出言挽留說彩蘭的離開自己也會難過，結果一個滑到彭雄飛接住了彩蘭，兩人四目相對似乎感情發生了改變。鐘心不允許打獵，但是老格勒是不遠萬里回歸祖國的土爾扈特人，他們完全了解這片沙漠的生態循環，黃羊是上天的禮物，它們的族群也是生生不息的，而且傅首長允許，大家才認同了獵殺羊群。
老格勒拉起了家鄉的樂器，音樂悠遠悠長讓大家沉醉，但是同志們獵殺的羊群數量不夠，
因為沙漠快要起風，但為了多捕一些黃羊，老格勒帶著兩名同志獨自去山坳子里再打五只，陶志綱則帶著羊和鐘心等人先回基地。大家開心晚上會有烤全羊吃，但是天快黑老格勒都沒有回來。老格勒越走越遠已經收不到基地的信號，大批人馬出去尋他，結果發現他誤入沼澤不幸犧牲，他的犧牲對陶志綱打擊很大。
羊肉在烤著但是基地的每一個戰士都很傷心，老格勒和兩名戰士為了把打到的最肥的幾只羊送回基地而砍斷了馬的韁繩，他們這樣是為了祖國的偉大事業而犧牲，祖國和人民永遠不會忘記他們。科學家們心情沉重，不肯吃用同志生命換回的羊。陶志綱眼含熱淚如果同志們不吃這個肉只會讓犧牲的戰士死不瞑目，大家哭著吃下羊肉。王懷民坐在外邊感嘆自己為何要從蘇聯回來面對如此多的困難，同志們的犧牲換來的卻是科學實驗的失敗，科學家經受的身體和精神的雙重打擊和折磨，王懷民甚至自我懷疑能否造出原子彈。
支撐王懷民信念的只有科學這是遠遠不夠的，楊佳蓉開導王懷民，他不是一個普通的人，不能習慣性地逃避問題，他必須要站起來帶領著大家繼續攻堅克難，像老格勒同志一樣懷抱著黨的信仰，共產主義信念，繼續堅定地走下去。王懷民想起鐘教授和自己聊過的信念問題好像慢慢明白了共產主義信念的真諦。食堂里，同志們一起哼唱起古老的英雄贊歌。陶志綱獨自坐在外面懷念老格勒。
成格勒的犧牲，讓陶志綱有所好轉的戰后應激創傷復發。睡夢中陶志綱再次夢見朝鮮戰爭戰士們被火燒的場景，夢中驚醒又想起與老格勒重逢的場景，將他的衣服縫補好帶著軍功章去了老格勒墓地，向犧牲的戰士致敬。環境艱苦，可實驗卻并沒有停滯。王懷民用紅布寫的兩行橫幅：干驚天動地事，做隱姓埋名人，懸掛在實驗室內激勵大家。數據被計算出來，馬上就可以開始熱核試驗。鐘教授也等著大家最終的匯總數據，在此時的條件下鐘教授也不得不鼓勵表揚奮戰的同志。
王懷民當著鐘教授的面主動發言，他一直相信精英救國而且很多事情印證了他的想法，但經歷了這么多事情讓自己的想法產生改變，中國的條件和美國不一樣，美國有財力支撐研究，但是中國剛剛從巨大的磨難中解脫要想成功必須依靠群眾和全國人民的團結以及共產主義信仰，于是王懷民決定申請加入中國共產黨，鐘心和黃凱華也不甘落后。鐘教授看著消瘦的鐘心有些感慨，鐘心要鐘教授考慮自己的個人問題，倒是鐘心與陶志綱的進展讓鐘教授更為擔心。
鐘心的中子源研究依然在工棚進行，陶志綱在工棚外指導大家遮蓋整修嚴密工棚，得知鐘心主動申請在這個地方做實驗認為其變化很大。王懷民的兒子振理將要被接到西部基地，正趕上王懷民出差，他只好托楊佳蓉幫忙。鐘心和陶志綱每天在一起吃飯被黃凱華遇見問起原因，鐘心解釋說陶志綱是請老師吃飯天經地義。陶志綱主動幫鐘心維修工棚，卻被鐘心發現他的狀態異樣。陶志綱內心深處的恐懼是他一直避免卻又避免不了的，被鐘心戳穿之后陶志綱沒有作聲。王懷民本想借著夫妻樹的故事向楊佳蓉告白，卻發現忘了帶作為定情禮物的胸針，楊佳蓉明白王懷民的心思，她會帶著振理等待王懷民回來。
鐘心知道陶志綱的戰后創傷心理，陶志綱堅持自己的病癥沒有那么嚴重，但是老格勒的犧牲重新激起陶志綱的病癥而且加深他的痛苦，陶志綱不愿接受美國療法，鐘心說她準備采用中國最傳統的辦法——陪伴。王懷民隨鐘培林到羅布泊核爆試驗場出差，塔架的修建經過精密計算，但是塔架的核心數據出現問題無法核準，王懷民基座混凝的凈水可能不是達標的凈水，如果摻入了大量的堿水那么可能會影響塔架，因為大旱沒辦法運送凈水所以只能摻和堿水，那么塔架必須重建，王懷民情緒激動強調只能推掉重來。
負責工程的團長火速趕來，竟然是王懷民的父親王明山。王懷民一看見自己的父親就有些慫。王懷民加入A所沒有給父親透露一點風聲，因為王懷民當年和母親承諾過不涉軍旅安穩度過一生，王懷民不回答反倒問起父親如何也在這里。長大后的振理十分頑皮，負責保護他去西部的小戰士都無法管住他，碰見林教授也在火車之上，用飛機作為獎勵和振理打賭讓其安靜。王明山要王懷民考慮實際情況，但是如果不推倒塔架需要尋找其他解決方法也是行不通的，塔架是核心它要托起原子彈，如果到時候出現什么問題那個損失和責任是誰也無法承擔的，即使一時無法接受那么只好通過開大會研究的方法來達成解決方法。
振理遵循賭約發現沙漠之上確實沒有一只活物，林教授告訴振理這里是不適合任何人和動物生存的沙漠，但是振理的爸爸媽媽們為了讓全國其他人民愛居樂業而搬到這個地方來奉獻自己，振理似懂非懂但總算知道了自己搬到西部來的意義。會議研究爆塔的問題，因為爆塔爆炸之后留下的很多一手的寶貴資料才是重點，考慮再三王明山擔下了所有責任，還鼓勵戰士們推倒有問題的爆塔，才能幫助新中國崛起。
振理到達戈壁和林教授分別，林教授認識振理的爸爸王懷民鼓勵振理要繼續努力。楊佳蓉獨自來接振理，沒看見王懷民振理有些失望。王明山被降職且被調離現有工作崗位，王懷民向父親道歉，王明山卻為兒子感到驕傲。楊佳蓉接回振理因為國家專項糧食和林教授帶來的慰問糧補充了基地的食堂，所以正好無限量供應油餅，大家伙都開心地吃個不停。林教授吃了也贊不絕口，傅首長更是在林教授面前大夸彩蘭的精神。
林教授此來還有別的目的且事關基地的生死存亡。黃凱華帶著自己寫的信去找陶志綱理論，自己寫的好好的一封信和畫作被陶志綱涂抹的不成樣子，但是任何一封信件的話語中蛛絲馬跡都會被有心人考究，陶志綱提起黃凱華追求江水寧就必須搞清楚，組織好對江水寧進行嚴格的政治審查，黃凱華一生氣直接回懟陶志綱不懂戀愛，陶志綱聽完之后沉思了好一會。
晚上鐘心在實驗室里工作突然就竄出一只野狼不斷地往實驗室沖擊，正在危急的時候陶志綱出現費了好一份力氣搏斗殺死野狼，鐘心擔心陶志綱安危沖出來時野狼已經死掉但是陶志綱滿身是血還強裝笑顏安慰鐘心，鐘心對陶志綱的感情慢慢發生變化。黃凱華的信到底還是寄出了，江水寧收到信件十分開心但是信中只言片語又無其他信物讓江水寧更加思念黃凱華。王懷民在塔爆基地指導工作，但是傅首長急召王懷民和鐘教授回基地商量要事。
彭雄飛和幾個科學家一邊吃飯一邊商量試驗進度，彩蘭擔心彭雄飛也遇上狼發生危險給他尋了個小鑼。鐘心怕陶志綱被狼咬傷之后出現別的嚴重病癥，一直往陶志綱懷里塞消炎藥和難得的罐頭，陶志綱雖然推讓著但還是開心有人關心自己。正巧遇見楊佳蓉接回振理，楊佳蓉看著鐘心和陶志綱認為這兩人有戲，只是兩人還沒有進一步說開心思。振理借口上廁所翻墻往外跑，幸虧門衛攔住又碰見王懷民回來截住振理，楊佳蓉這才放心問起王懷民為何這么早回基地，王懷民回答振理以為王懷民就快要和楊佳蓉結婚，鬧鬧騰騰說自己就可以有個真媽媽了。
為了調查“兩年規劃”的進行情況，上級派了聯合調研團進駐基地。鐘教授要求調研團進駐期間要展現出核武器研究團隊的精神面貌，因為國家集中了全國的力量來協助原子彈的研制，但是目前卻連原子彈的影子都未見著，這不免讓很多人會對核武器科學家們產生質疑，于是大家都堅定信念迎接調研團。會議完畢王懷民等著送給楊佳蓉好吃的，兩人的關系漸漸明朗，黃凱華和鐘心等也替他們開心。為迎接檢查黃凱華把板書計算公式寫的十分工整有序，彭雄飛和其產生了爭執，王懷民沖出來使用黑板直接解決問題。大海喜歡文藝匯演的女同志一直尋找人家卻又不敢直接面對。
帶隊的方明將軍表示會以公正的態度向中央反映基地的真實情況，而調研團里的科學顧問竟然是丁向軍。鐘心不顧狼患堅持留在工棚，陶志綱擔心其安危又嘴硬說自己作為保安處長不會給鐘心站崗。王懷民、黃凱華和彭雄飛找丁向軍喝酒套話，丁向軍先是裝腔作勢不予理會，后來喝多了，直言自己心中不平，認為現在是“證明”自己的時候了。陶志綱為了保護她，守在工棚外睡著了，鐘心發現后心中感動。陶志綱一醒以為是狼將鐘心摔倒在地讓其一下生氣的不行。方明將軍率隊實地考察，同志們都努力向考察團獻殷勤，卻又因緊張頻頻出錯，甚至還發生了雷管爆炸的事故。