陶志纲依旧梦见惨烈的朝鲜战场上战友们牺牲的样子，从梦中醒来还是紧张得很。研究所收到了一个写着“王收”的皮箱子，陶志纲万分警惕，隔离在草地上进行炸弹检测并且把王怀民控制起来，确定箱子安全之后彭雄飞第一个跑过去打开箱子，不想箱子装的竟然全是原子弹的相关资料，来信确定是安德烈给王怀民写下的一大段关于本心的话，安德烈相信中国有这批年轻的科学家就一定可以研制出原子弹。

大家都在整理资料和数据，得出来的模型更加详细，但是很多资料都被烧毁还需要大量的时间和人力来补足，王怀民提出的五号原材料研究已经被专家通过。钟培林宣布，为了记住撕毁协议和自力更生的这一个月，第一颗原子弹代号“596”。杨佳蓉已经准备出院，王怀民原计划也会去迎接生病的杨佳蓉出院，不料黄凯华等人在苏联的残卷里找到了一个宝贝，但是遇见了一个很难解开的方程式，他忍不住又拿起纸笔算了起来。杨佳蓉病才刚好就因为医院急诊科医生短缺而去帮忙，拜托朋友刘丽帮振理带回家，刘丽劝杨佳蓉不要再等王怀民，但是杨佳蓉还是喜欢着他。

王怀民等人计算方程式忘记时间直到天黑终于成功，他才意识到天黑自己还没去过医院。杨佳蓉正在医院急救病人。王怀民向钟心说出这几年都是由杨佳蓉照顾振理的事情，这次没能去成医院也没办法只能回头再感谢。王怀民和钟心在路上看见一个人默念牛顿定律的陶志纲，陶志纲不愿意被人看见自己在偷学物理，而且还是为了造原子弹，王怀民倒是想教陶志纲学习物理，但是钟心提议应该开个物理学习班让有兴趣的同志都去，陶志纲特别想去但是为了面子傲娇了一把，陶志纲针对照相机和留声机向钟心和王怀民道歉并要帮他们修理，两人赶紧离开。

A所的实验楼终于建成了，大家都开开心心地进入新楼拿着报道卡去各自的研究室报道，暂新的工作场所让大家惊喜得很，研究一室是基础实验室领头的实验室，彭雄飞更喜欢爆破实验于是分到了研究二室，钟心也想去二室却被彭雄飞阻拦，在彭雄飞的劝说下钟心还是决定留在一室。黄凯华不懂彭雄飞为什么要放弃和钟心独处的好机会，彭雄飞说自己不是一个徇私情的人，工作就是工作，而且让钟心了解自己的为人更贱能征服钟心，黄凯华一阵无语。

戈壁滩上罗布泊，战士们正在为建立新的实验基地而艰苦奋斗，迎着艰难的沙漠环境不停地劳作。团长王明山收到了儿子王怀民的家信，信中留了一张振理的照片，但是信件内容泛泛，信封上也只留了一个邮箱号，王明山怀疑儿子也在一个保密单位工作。王怀民到幼儿园见振理但是一见面，振理就问杨佳蓉在哪，但是王怀民也不知道杨佳蓉的去处。黄凯华和王怀民围绕原子弹“枪式”和“内爆式”的研究方向产生了激烈争执，众人僵持不下。钟教授也认为应该先搞枪式引爆的原子弹，但是王怀民提出反对，所里还有很多同志根本不懂得枪式和内爆式的区别，钟教授简单解释枪式威力较小内爆式威力更大。

钟教授解释完毕之后，陶志纲却突然站起来发言说自己觉得枪式不好，胆子太小的原子弹还叫什么原子弹，本来在原子弹方面就落后于帝国主义，既然要干就要干大的。钟心和陶志纲第一次互相认同对方。最终钟培林决定成立“枪式”和“内爆式”两个研究小组双管齐下，但是科学家自愿选择小组，整个一室只有四个选择内爆式，钟心很担心人少不足但是王怀民倒无所谓，钟教授透露上级会增派很多科研人员可以自己去争取。

扩招的新同志是各个单位的精英有一百零八个人，他们来到A所的这年开始中国自主研究核武器进入攻关阶段。杨佳蓉也进入了A所医务室。又到了枪式和内爆式两个小组争夺人才的时候了，钟心代表内爆组抢的火热，可是王怀民无所谓同志的选择，于是大家都选择了更为简单容易达到的枪式组，只剩下叶昆明被钟心强拉了过来，但是叶昆明很想选择枪式组，王怀民了解叶昆明的实力用专业的知识将叶昆明说到懵逼半推半就留了下来。

杨佳蓉一到医务室就被医务室主任挑剔，杨佳蓉并不服气，于是被牛玲打发去整理如山的医疗档案。幸好医务室里有位前辈石红英还能和杨佳蓉聊上天和她简单介绍医务室的档案为何如此混乱。叶昆明在内爆组十分不开心，内爆组人员少得让钟心生气，于是钟心划分界限各自比赛研究。黄凯华去买书莫名其妙和收银员有一段对话，似乎是隔壁的女收银员引起的。

杨佳蓉独自整理档案，夜晚王怀民因感冒到医务室取药门敲得很响，杨佳蓉出门查看但是档案要整理就错过了与王怀民的见面。杨佳蓉去询问石红英的时候已经能猜到是王怀民，急急匆匆出门去寻却又未见他的身影。爆轰实验场，彭雄飞始终冲在第一线，因为只有在刚爆破完毕就去收集数据才是最准确的，彭雄飞不顾个人安危让王怀民深受感动。杨佳蓉在食堂也不断寻找王怀民的影子却未发现。

王怀民等人始终在实验的第一线，但是内爆式的准备工序还是过于复杂根本就没有进入实验阶段，钟心和王怀民只好去搅炸药。搅动的炸药气味让人无法承受，但为了核弹的诞生大家依然坚持。一次次的实验得出的成品与所要的样子相差很远，实验再次失败，大家很是失望。钟心到医务室看见杨佳蓉生病站着打吊瓶关心几句，但是钟心的伤口引起了杨佳蓉的注意，杨佳蓉帮她开药。

钟心帮杨佳蓉整理档案，拿到的档案恰好是王怀民的，此时杨佳蓉正在整理其他档案，又一次错过了王怀民的信息。彭雄飞突然对黄凯华说波形实验一个月不达标就和他姓，大家一阵哄笑，又关心王怀民小组的进度，内爆组的进度缓慢，一方面是因为研究人才少一方面也是因为实在太过复杂所费时间要许多，王怀民不搭理其他人。于是他们的话题一会又聊到与钟心的感情进展上。

牛玲下班前发现档案室依然有人，随后看到了焕然一新的档案室，又看见生病依然坚守的杨佳蓉，她也很感动。枪式组的进度很快占用了内爆组的黑板位置，内爆组被枪式组包围根本无法讨论进度。牛玲因为杨佳蓉前一晚的表现对诚恳地向杨佳蓉道歉，并告诉杨佳蓉A所的研究方向是核武器。

王怀民在食堂里和组员讲解内爆式原子弹原理，但是五号材料推动和中子源等都是未知的，因为众多的未知都需要去探索，所以大家都有些丧气，王怀民认为自主研究原子弹就是需要从头开始。王怀民规划出了计算的重点和研究方向，给众人各自安排任务。叶昆明和组员李光华一起，而钟心和张来一组。大家各自领了任务去完成。牛玲和杨佳蓉完全坦白A所的研究方向和承担的任务，杨佳蓉觉得这样太过危险需要很多牺牲。牛玲喊住杨佳蓉仔细给她讲解A所医务室的任务，就是为了帮助这些科学家保护身体，防止辐射伤害大家，杨佳蓉听完之后愿意帮助牛玲一起。

杨佳蓉坐车赶去接振理，王怀民也急着赶车要被黄凯华喊住讨论内爆组的进度问题。可惜王怀民差了时间没能赶上公交车与杨佳蓉还是错过了。黄凯华又去到图书馆购买书籍，但是太过入迷研究数据和女收银员闹了个误会。王怀民终于赶到幼儿园和振理、杨佳蓉见面。三人一起开开心心地一起去玩耍，像真正的一家人一样又一起吃晚饭，杨佳蓉和王怀民提起自己调到了一个新单位而且也是保密单位，杨佳蓉有点暗示王怀民自己与他是一个单位的，但是王怀民否认了这个问题。振理开口喊杨佳蓉和王怀民爸爸妈妈，幸福的感觉在三个人直接蔓延，王怀民离开时振理抱着爸爸开心地汇报自己的科学课成绩最棒，有父母的感觉对于振理是很好的。

黄凯华在图书馆感受到了女收银员的爱慕之意也很开心。王怀民也在不停地回想振理的话，直到钟心喊他一起去401所。401所很大里面每个人都在做着实验，傅首长对钟心和王怀民说这个研究所很大，但是是专门为原子弹服务的，这是国之重器，而这个核反应堆等着钟心和王怀民有任何研究成果就可以真正发挥作用。王怀民和钟心热血沸腾不断地实验，医务室的同志们也不断在学习医学知识希望能保护到科学家们。钟心和王怀民做实验时意外突发，铀泄露，但是剂量可能较低，王怀民吸入辐射气体被紧急送入医院。

王怀民与杨佳蓉终于见面，杨佳蓉为王怀民检测身体辐射剂量，杨佳蓉却斥责王怀民忽视安全，根本没有考虑振理的感受，也因他研制武器而难过。王怀民着急知道自己到底有没有剂量过度要回去做实验，但是被杨佳蓉再次斥责留下休息。枪式组陷入瓶颈，由于设备落后等原因研究没有进展，当量过小让黄凯华隐约怀疑研究方向是不是有问题。幸好王怀民的身体没有受到辐射的损失，但是他一得知自己的情况就立刻要回去工作，正说着，钟心到医务室找王怀民问情况，等王怀民离开之后，杨佳蓉将王怀民的药给了钟心嘱咐其盯着王怀民吃药。

枪式组的几组实验结果已经出来，但是数据都很不对劲，丁向军有点不在乎最终的原子弹效果只想完成任务，黄凯华自然不能同意，不说原子弹效果完全不如美国，而且高浓缩的五号材料贵的惊人，不能再给人民和国家添负担，大家虽然有些泄气但在丁向军的鼓励下还是打起精神继续努力。钟心忍不住向王怀民打听他和杨佳蓉的事情，这时彭雄飞大喊着闯进来询问钟心的伤势，知道发生意外的是王怀民，彭雄飞顿时安心。大家发现彭雄飞因为过度实验，已经产生阵发性耳聋，彭雄飞却毫不在意自己的耳朵，高兴宣布全国最好的炸药已经配制成功，彭雄飞全程都很激动而且不暗藏自己对钟心的心思。

钟培林兴奋宣布，五院的科学家们已经成功发射了第一枚导弹，大家既为此兴奋又感到压力。傅首长鼓励在座的各位再接再厉，国家和人民等待着原子弹的出现。王怀民变得很奇怪按时按点地去医务室报道检查身体，还特地询问杨佳蓉在不在。黄凯华自从上一次收获女收银员的小小爱慕之意之后再次去到图书馆打算和女收银员搭话，犹犹豫豫不敢上前。