秦研制的發動機流量出現問題，趙德良鄭師傅等人對著圖紙進行研究，怎么也找不到問題所在，秦天得知后，經過觀察，認為是導油管老化造成的。
組織上派遣趙德良和秦天去莫洛夫航空學院學習，秦天心理過意不去，認為這次學習的機會本來應該是徐夢的，然而杜總工稱，在秦天身上有一種打破常規、沖破極限完成任務的魄力和膽識，這正是搞科研的人身上沒有的。
秦天心中仍舊過意不去，于是找到妹妹徐夢交流溝通。徐夢表示這是一個好機會，希望秦天能抓住機會，當前自己孩子還小，離不開媽媽。
曹慧芳被調來四一七廠，來到徐夢家，幾個好友一起吃了頓飯，曹慧芳稱領導已經批準自己與徐夢住一個宿舍，秦天可以放心去蘇聯留學，徐夢和孩子這邊由自己照顧。
沒了后顧之憂，秦天與趙德良一同坐火車去了蘇聯。經過長久的舟車勞頓，兩人終于踏入了蘇聯的宿舍，看到老大哥這里非常好的住宿環境，趙德良感慨不知什么時候才能制造出一架本國的民航飛機。聽聞與此，秦天拿出了自己設計的圖紙，他早就有了這個想法，如今，要借鑒蘇聯美國最先進的飛機制造技術，將自己設計的中蘇號制造出來。
上課第一天，授課教師是曾經在軍隊中指導幫助過秦天等人的克拉科夫教授，兩人倍感親切。國內四一七廠，蘇聯運來的米格-17樣機到位，大家很激動。徐夢堅持負責飛機彈射座椅研制，盡管這部分的內容非常少，任務艱巨，但是若彈設裝置不能良好配置，未來將有更多飛行員因此犧牲，杜總工同意。
克拉科夫教授對來到蘇聯的各國學員進行基礎測試，趙德良勉強及格，而秦天則交的白卷，因為他根本就不懂俄文。克拉科夫教授對杜總工將他派來學習表示不解，雖然秦天曾是一名優秀的飛行員，但是科學講求的是嚴謹，這是秦天不太具備的。趙德良經過測試后有些失落，原本是工廠第一的他在這里成績居然才剛剛及格，而秦天則越挫越勇，來此本來就是為了學習，面子不值錢。
所謂教會徒弟餓死師傅，雖然在課上學到了許多先進知識，但是對于一些機密不允許做筆記復制，秦天等人有些苦惱。一個名叫柳娃的俄羅斯女同學主動與秦天趙德良打招呼，柳娃是克拉科夫教授的女兒，曾在中國生活過幾年，會中文，她對秦、趙兩人幾個月內的進步感到敬佩，于是主動提出自己可以教他們俄語。同班的羅伯斯基則對兩個中國人并不友好。
徐夢因為將大部分時間用在加班上，勞累過度，引發心絞痛，醫生要求她注意休息，她寫信將單設座椅涉及問題告知秦天，希望身在蘇聯的老哥能夠幫助自己查閱一些資料。柳娃請秦天在蘇聯餐廳吃飯，看著一桌豐盛的餐食，秦天將自己從國內帶來的新手帕作為禮物送給了她。在柳娃的幫助下，秦天趙德良進入學校的圖書館，找單設座椅相關書籍，中途羅伯斯基來到圖書館，在柳娃的幫助下兩人逃身。
羅伯斯基窮追不舍來到宿舍，看到兩人筆記上記載的知識，想要舉報，此時克拉科夫教授進來，稱這知識是自己教給二人的。
依照米格-17模型研發的彈射座椅始終有著無法解決的一些問題，經過思考，秦天認為或許這個飛機的座椅本身就存在著問題。既然克拉科夫教授是該機的建設人員之一，那么或許與之當面溝通一下，能夠找到一些線索。克拉科夫教授認為，當前各個國家軍工業飛速發展，每一代戰斗機都會比前一代有著很大的提升，若是秦天等人只是一心鉆研米格-17的單設座椅問題，那么即使有所成就，當新一代戰斗機推行時，他們又該如何？所以預期鉆研某一型號戰斗機的問題，不如先努力打好相關理論、實踐基礎。
顏青、張長江國慶閱兵結束之后回到老部隊，張長江原本就對顏青有些喜歡，在他的堅持之下，兩人一同來到顏司令家吃飯。張長江明知顏青與出國的秦天沒有進行通信，還是假裝不知，將此事拿出來提起。組織上考慮到兩人作為飛行員都有負傷，于是安排退出前線。顏青主動提出去四一七廠參與到藍天一零一工程中去，聽聞于此，張長江也主動要求調去四一七廠。
張長江以政治部副主任的身份來到四一七廠，雖然曾經是一名軍人，但是一副官僚風格，在廠里聯誼儀式上，沒有商量就要求任軍代表的顏青上臺演說，在鄭有福主動與他打招呼的時候，還稱人多嘴雜，要注意區分場合。顏青稱張長江現在倒是變得挺多的，自己更贊賞曾經的張飛行員。顏青與徐夢、曹慧芳見面，她特意為小戰鵬帶來了奶粉和新衣服。
在畢業考試后，克拉科夫教授給了秦天非常高的評價，稱他是自己最優秀的學生之一，從開飛機到修飛機，將來一定會稱為一名優秀的飛機設計師。在歡送會上，秦天與羅伯斯基聊天，他非常能夠理解羅伯斯基對自己的排斥，大家都是為了各自的國家，羅伯斯基表示自己討厭由非常佩服秦天，希望他日后還能回到蘇聯。柳娃向秦天表白，自己很喜歡他，但是秦天表示已經有心上人了，她是中國第一批女飛行員，柳娃聽后表示祝福。
秦天趙德良留學歸來，四一七廠舉辦了熱烈的歡迎儀式。幾個伙伴也一起聚餐，為了新的事業干杯。顏青姍姍來遲，秦天看到許久未見未聯系的心上人，激動得有些手足無措。幾個伙伴談及未來的事業展望，情不自禁的唱起歌來。飯后，顏青送給秦天一條圍巾。
鄭有福大表姐程英退役來到四一七廠保衛科工作，曹慧芳見到老朋友很開心。
飛機建設倒數一百天，四一七廠全體員工沖勁兒十足的展開工作，與此同時徐夢的身體也每況愈下，但是她并沒有去看醫生。徐夢終于支撐不住，身子垮了，竇性心律不齊嚴重可能引發猝死，大夫要求住院，徐夢強烈要求返工。
顏青來給秦天送飯，發現他書中夾著的柳娃照片，秦天姍姍來遲，不知道顏青看到了什么，他拿出一個筆記本，上面記錄了自己在蘇聯學習時飛機制造得相關信息，送給顏青，希望對任職軍代表的她有所幫助。顏青稱秦天現在與趙德良不相上下，滿腦子除了飛機就是飛機。
小戰鵬過生日，大家分別給他準備了禮物慶祝，他一下子就伸手抓住了飛機模型，秦天很開心，稱無論日后小侄子想學開飛機還是修飛機自己都可以教他。
飛機組裝階段出現問題，機身機翼交點對接不上，螺栓無法進行安裝。針對這個問題，張長江與杜總工發生矛盾，杜總工認為，飛機組裝出現問題，當前最重要的是發現問題解決問題，而張長江則認為，發生問題應該先追責，否則無法向上級領導交待。
秦天表示，所有零件都是嚴格根據圖紙進行制作的，測繪制圖的數據都已經嚴格到了小數點后五位數。趙德良、秦天認為科學講求嚴謹，不能有一絲一毫的偏差，當前發現不了問題只能從頭一步步推演，而張長江、顏青認為無論如何都必須保證在十一之前墜飾能夠上天。雙方爭吵起來。
試飛員李子志通同志提前來到四一七廠，想要看一下樣機，在了解到總裝出現問題后表示，只要能夠保證在時間節點把飛機組裝出來，那么自己就一定保證駕駛飛機上天。
經過爭吵討論，在杜總工和秦天趙德良的堅持下，大家準備從頭開始排查問題源頭，爭取在十月一日準時讓飛機上天。廠里開始緊鑼密鼓的加班加點，從圖紙開始測算問題原因。原本正在養病的徐夢聽說此事之后，實在放心不下，偷偷溜進車間找到趙德良來要數據。趙德良遵守醫囑不愿讓徐夢冒著生命危險再加班了，但是在徐夢的強烈要求下，看著飛機試飛時間馬上臨近，他不得已將數據給了徐夢一份。
徐夢不能在車間加班，只能帶著數據回到宿舍，晚上用手電筒在被子里研究。經過幾日的研究，終于發現問題出現在圖紙上，機身接頭尺寸有誤，她私下找到鄭有福，稱或許通過機身接頭校形的方式來解決這個問題，當前廠里只有他的手工藝最高超，這種校形手法若是他做不到，那全廠上下怕是沒有人能做得到了。
經過一天的思考，鄭有福終于決定嘗試一下，他將相關信息報告給杜總工等人，大家決定，由鄭師傅來進行機身接頭校形的操作。零點五毫米的誤差，鄭師傅用鐵錘一錘砸下，終于解決了這個問題，機身機翼嚴絲合縫的疊加在一起。
1956年2月，四一七廠負責的藍天一零一工程靜力破壞實驗成功，飛機檢測合格。1956年7月，藍天一零一第一架噴氣式戰斗機——中零一零一試飛，在中央軍委領導和蘇聯專家的的見證下，飛機試飛成功。