振理頑皮又走出學校，王懷民和老師正著急楊佳蓉就把振理帶了回來。老師倒是體諒兩人是科學家沒時間管孩子。楊佳蓉回來這么久沒有告訴王懷民，只是振理知道才會經常去找她要她帶自己回北京。楊佳蓉告訴了王懷民自己的事情，還說出了自己在當護士，王懷民很緊張他但還是高興楊佳蓉能回來，竟然能說出別樣的情話。陶志綱在中子源實驗室外等著鐘心，他建議鐘心將實驗室也轉移到防空洞。彩蘭又在和其他男生聊天修建防空洞，彭雄飛看見又吃起醋來直接阻止了彩蘭和別人聊天。
彩蘭不明白彭雄飛的做法，彭雄飛卻終于認清了自己的情感，對彩蘭道歉并且表明自己的心意，向彩蘭求婚。彩云喜極而泣說自己不想嫁給彭雄飛了，彭雄飛興致一起直接扛起彩蘭滿操場跑著向眾人宣布彩蘭是自己的媳婦。鐘心不想因為搬實驗室耽誤中子源研究進度，因為在401所里也有一支隊伍在研究中子源，而他們采用的是相對簡單的蘇式，鐘心害怕被人家超越，她覺得第二個研究出來的人，就等于沒有研究。陶志綱即將出差，他和鐘心約定，比一比誰先成功。陶志綱給了鐘心幾顆奶糖關心其不要只顧著研究，鐘心對陶志綱的感情已然是不同了。
江水寧來信保衛處的同志們都圍著黃凱華湊熱鬧，陶志綱開玩笑嚇唬黃凱華，哪知道江水寧的信中同意了黃凱華的大膽求愛，陶志綱強迫黃凱華趕緊給人家江水寧回信，正當黃凱華欣喜若狂的時候，卻收到了前妻的來信，得知前妻要把兒子交給他撫養。黃凱華因為兒子的事情猶豫了起來，王懷民和彭雄飛都鼓勵黃凱華當面和江水寧聊清楚這件事情，王懷民為了促成機會將去北京出差的機會讓給了黃凱華。鐘心和鐘教授一起加入到防空洞的修建當中，鐘心埋怨這種簡易的防空洞無法抵抗原子彈，又因為王懷民沒來她也不想干了，說起干好本職工作的事情，鐘心又提起楊佳蓉的事情更加生氣。
鐘心無端發脾氣都是因為401所的競爭。楊佳蓉即使在基地當護士仍然沒有放棄輻射學，還給基地的其他人普及輻射知識。江水寧因為黃凱華沒有回信而繼續寫信，她擔心黃凱華是因為生活或者工作上的原因苦惱才不與自己聯系。哪知道信寫完黃凱華就出現在了江水寧面前。王懷民看著上課的楊佳蓉很是欣慰，楊佳蓉照顧振理照顧自己還是自己信仰的引領者，王懷民磕磕絆絆地說出自己本來有禮物要送給楊佳蓉，又掙扎著堅定地向楊佳蓉求婚，要與其組成完整的家庭相伴余生。楊佳蓉拿出王懷民要送自己的禮物還給了王懷民，楊佳蓉卻因為自己的身份顧慮王懷民的前途，婉拒了他。楊佳蓉即使要離開仍然關系王懷民不要受到原子彈的傷害。
借著去北京出差的機會，黃凱華出現在江水寧的面前，江水寧不明白黃凱華為何對自己忽冷忽熱，黃凱華因為婚姻的挫折和事業的保密性才如此猶豫，黃凱華最終向江水寧坦白了自己的家庭情況和工作情況。江水寧沒有說出自己的答案卻講述了自己童年的故事，被拐賣到北京的江水寧小時候被輾轉販賣，幸好在十五歲那年被現在父親救下，她的內心有創傷不敢相信任何人，只有黃凱華不一樣，但是黃凱華突然出現突然消失又向自己表明了那么多問題，王懷民卻唯獨忘記表明自己是否真心愛江水寧，黃凱華急著表白深愛江水寧，既然有愛為什么不能在一起。
黃凱華滿心歡喜回到基地并向組織提出申請要與江水寧結合為革命夫妻。鈾球加工的最后一個關節交給大海來完成，由于演練已經經歷了上萬次，大海還是較有信心，組織也信任大海的手藝。緊張的鈾球加工開始，所里的領導都在加工室外看著，不幸的是機床的真空吸盤出了問題。
陸大海接受任務，對首顆正樣鈾球進行切割，他調整呼吸，屏息凝神，即使機床吸盤出現問題但596第一顆正樣鈾球順利加工完成。401所傳來實驗成功的喜報，鐘心的小組只能暫停工作，張來等都傷心地收拾著實驗室的資料。鐘心忍不住在父親面前落淚。鐘培林安慰說在這個新中國不論誰有了成果，都是人民的成果，都要為祖國而驕傲，都屬于這個偉大的時代。道理鐘心都明白只是自己沒能第一個研究出中子源還是讓人難受的，鐘心傷心痛哭不止。
楊佳蓉找石紅英從基地拿出自己那些研究輻射的書，楊佳蓉不被允許研究輻射但她還是想要研究輻射。石紅英支持楊佳蓉的決定但問起其與王懷民的事情之后，楊佳蓉又逃避不答。傅首長給戰士們傳閱被中國打下的美國有名的戰斗機U2的照片，正是這次打下U2才真正地振奮了中國人的士氣，我們中國根本不害怕美國“紙老虎”。不論如何只要我們炸響596才能真正地保護中國，維護和平。鐘心找到陶志綱，陶志綱一直不知道怎么勸說失意的鐘心，但好在鐘心自愈能力比較強已經走出了失敗的陰影，現在的鐘心負責產品運行和后續維護工作所以需要陶志綱保衛處的配合，陶志綱很開心地答應鐘心。
彩蘭給彭雄飛送飯，彭雄飛嘴皮子欠老惹彩蘭生氣，彩蘭生氣要走，彭雄飛求生欲上線對著彩蘭一通夸，彩蘭突然逗彭雄飛要彩禮錢，彭雄飛沒有錢拿全尺寸爆破實驗成功當彩禮，這天下獨一份的彩禮彩蘭欣然接受。爆轟實驗成功并且超出預期，經過多年大大小小的各種實驗，至此原子彈離成功炸響只有寸步之遙。彭雄飛和彩蘭給大家發喜糖，兩人就要結婚邀請大家晚上在食堂樂呵樂呵。楊佳蓉違背命令，向上提交了對現行輻射防護規定的建議，牛玲為她的處境擔憂。楊佳蓉為了科學和科學家的安全堅持自己的理論，牛玲擔心楊佳蓉心里只有別人一點都不為自己考慮，楊佳蓉含著淚說自己已經放棄了這生最愛的人所以沒什么可怕的了。
借著試驗成功的歡慶時刻，彭雄飛和李彩蘭舉辦了婚禮。大家起哄要彭雄飛講述怎么和彩蘭戀愛的，彩蘭謝謝陶志綱將自己帶到彭雄飛面前，留在食堂工作，這樣自己才有今天。陶志綱早就看出彩蘭會為大家帶來力量幫助彭雄飛完成事業，陶志綱又提到自己羨慕彭雄飛能和彩蘭組成家庭，說的時候還看向了鐘心。黃凱華拉下陶志綱好奇地問彭雄飛怎么這么久才娶彩蘭，彩蘭怕傷了彭雄飛的榮譽自己解釋是因為要等原子彈事業有了成果才接受求婚，彩蘭鼓勵在座的同志們也早日找到幸福。彭雄飛最后對著大家說自己愛彩蘭，基地的所有同志都愛彩蘭。
振理也參與了婚禮，在臺下刺激王懷民，人比人氣死人，看看人家彭雄飛怎么就能順利結婚呢。王懷民離席出門遇見楊佳蓉，和楊佳蓉說自己已經向上級領導提出了要楊佳蓉回到研究崗位，而自己要與楊佳蓉結婚，可是楊佳蓉始終顧慮著會害了王懷民無法造出原子彈，王懷民堅定自己的心意原子彈已經造出自己還害怕什么呢。楊佳蓉被深深打動。回到新房的彭雄飛和彩蘭聊起自己初入社會想象的愛情完全不是這樣，但是彩蘭的出現改變了自己，彭奶奶早就說過了彩蘭和彭雄飛是最合適的，彩蘭知道自己的不足也會全心全意對待彭雄飛。
596即將要運到羅布泊試爆，只是從西部基地到羅布泊基地不論是公路還是鐵路都不會太過平坦，596裝填的炸藥分量一個不小心就會毀掉多年的努力，陶志綱受命首長負責運送596，基地上下都在緊張地做著保障工作。陶志綱得知跟隨自己的小兵巴圖是老格勒的兒子，老格勒從未透露巴圖是自己的兒子只是希望他能認真踏實地當好一個兵。陶志綱要巴圖和自己一起去老格勒的墳前看看，巴圖能理解父親的所作為其感到驕傲。
成格勒的兒子巴圖在父親的墓碑前淚流滿面，莊嚴承諾會接過父親的事業，繼續守護核工業與科學家。陶志綱為巴圖鄭重整理衣裝，又對著老格勒說他的精神有人傳承了。運送596的列車已經全副裝備完畢而且24小時設有專人看守監控，將車廂用棉大衣封死的主意還是陶志綱想出來的呢。彭雄飛和彩蘭分別一味地對著彩蘭說情話，兩人依依不舍彩蘭在基地等著成功的喜報。黃凱華也佩服陶志綱想出用棉大衣武裝車廂的辦法，鐘心和陶志綱就要去羅布泊了，只有黃凱華一邊等著江水寧來一邊在基地做好后方理論工作。
牛玲當著楊佳蓉的面念出上級針對楊佳蓉所反映的輻射研究理論作出了肯定的答復，且表揚楊佳蓉的研究工作應該得到所有的同志的學習，組織還恢復楊佳蓉的一切研究工作，楊佳蓉激動地熱淚盈眶。王懷民在火車上給楊佳蓉寫信，想著和楊佳蓉的未來，祖國的未來，那個不久就要到來的祖國盛世有自己和楊佳蓉的存在，王懷民就充滿了信心。運送596的專列在狂風與夜色中前行，車上的眾人看到戈壁灘上竟有路燈，細看才發現，是戰士們把自己綁在木桿上，舉著信號燈，為專列護航。無數人的犧牲和奉獻都是為了原子彈和祖國的未來。鐘心和陶志綱通過飛機負責運送中子源和鈾球，陶志綱怕鐘心坐在飛機后邊顛止不住的關心。
火車護送569的同志們已經到達羅布泊，羅布泊的同志向大家介紹基地布置的所有場景，在原子彈爆炸的一瞬間這些都將毀滅，原子彈的誕生根本就不浪漫，造它出來就是為了徹底消滅它。王明山帶領的狩獵小分隊負責在羅布泊基地周圍巡查特務，即使再艱苦王明山也堅持走完附近幾千里的路程。所有的準備工序已經完成就等著科學家們點火。看著茫茫戈壁瀚無邊際，彭雄飛忍不住替596吶喊。西部基地，黃凱華到火車站接站，準備了許多開場白一見到江水寧就都忘記了，卻發現前妻、兒子和江水寧竟然乘坐同一輛列車而來。
596的爆炸試驗由方明將軍擔任總指揮，關于核爆的任何困難都希望同志擺在桌面上談，毛主席也提到關于國防科技工作的十六字方針，基地高級研究員立刻承諾堅決做到中央的要求，為確保原子彈萬無一失基地做了大量的準備工作，偏偏王懷民提出了相反的意見，做到完全的萬無一失是不可能的，首先爆塔的抗風能力就不達標，爆后檢測問題等等，除此之外美國因為之前肯尼迪遇刺事件推遲用核能摧毀中國核研究試驗場，但是現在美國和臺灣勾結派出大量特務打探西部基地的核爆情況準備實施破壞，就596能否爆炸王懷民、鐘教授和陶志綱都做出了鄭重的承諾。
黃凱華帶著江水寧和前妻、兒子一起坐在汽車上，前妻善于胡攪蠻纏每次都把話題聊死，氣氛十分尷尬。爆塔下，發覺掩體位置不對的王懷民不由分說地開口怒斥，卻發現安排掩體的正是楊佳蓉。王懷民看見楊佳蓉的出現很是吃驚，陶志綱看見楊佳蓉來了正準備看著車過去被鐘心喊住，于是陶志綱將車停在一邊看著楊佳蓉和王懷民的對話。王懷民被楊佳蓉的數據和測算方法且在掩體安排的是輻射服而不是真人檢測，王懷民被楊佳蓉的話說服。
陶志綱看著兩人的對話感嘆兩口子過日子不能找科學家，此話一出鐘心狠狠地掐了陶志綱。黃凱華前妻君怡將建國送到之后就要準備離開了，其實君怡人還不錯離開時祝福了黃凱華和江水寧，唯一不放心的就是要好好對待建國。鐘心暗示陶志綱要娶自己的事情，哪知道陶志綱直接說自己和鐘心兩清再也不會糾纏。二人并肩坐在戈壁灘上，組織上對于兩人的結婚申請還在審查當中，黃凱華著急，但仍對未來充滿希望。鐘心接到了新任務——成為596的起爆員。