陶志纲虽然拒绝了王怀民，但其后仍为科学家们申请高级通行证，这令组织上对他刮目相看，陶志纲的胸怀变得更加宽广，傅首长也很赞成陶志纲的提议虽然王怀民进所以来的表现很好但还是需要多多考察科学家们的社会主义信仰，可以暂时发放一些高级别通行证以作试验。陶志纲向组织请求处分被驳回，但是委派给他远赴他乡的新任务。钟教授将陶志纲为科学家们说话的事情告诉了王怀民，同时告诉社会主义的科学家要坚定信仰不为利益不为地位只是为了国家和人民，这些道理王怀民都很明白。

众人为陶志纲饯行，钟心和黄凯华想要做些好吃的给他，但食堂什么都没有，正好彩兰管理食堂，钟心和黄凯华哄着彩兰给寻摸点东西给陶志纲做好吃的，彩兰心里也很感谢陶志纲，于是找出一些野菜做出了吃的，安排在宿舍里给陶志纲践行。大家想要和陶志纲分别都有些不舍得，提及高级别通行证的事情，唯独丁向军没有他又有些不是滋味。彭雄飞对陶志纲说出自己对彩兰的真实感情，但在陶志纲眼里彩兰这么好的女人就是一些思想不彻底的科学家们最好的榜样。彩兰去医务室看见石红英，她坐在楼梯口防止有人越狱，正好钟教授就是那个要逃走的人，立刻被拦住又回到了病房。

彩兰是来找杨佳蓉送吃的，结果杨佳蓉不在，吃的都交给了石红英。陶志纲和众人喝的七七八八，说起自己在朝鲜战场上抓住美军俘虏，俘虏嚷嚷着要给中国扔原子弹的事情，自己在战场经过的了人间炼狱，几百个战士被烧成火人，到处都是人肉烧焦的味道，陶志纲对原子弹的心结就来源于此。从前陶志纲瞧不起科学家，但现在已经把大家当成了战友不离不弃的兄弟，王怀民和大家都很感动。彭雄飞提起钟心也要出差，黄凯华不禁猜测两个人出差的目的地是同一个地方。

黄凯华对书店的女收款员江水宁颇有好感，他特意到书店寻找江水宁。王怀民脚伤痊愈收拾东西却想等着杨佳蓉，但是面对石红英又不承认。黄凯华带着咖啡给江水宁尝试又给她讲咖啡的故事，江水宁想要学习高等数学努力考上大学，但是提起自学高等数学遇到困难，希望黄凯华可以辅导，令黄凯华激动不已。陶志纲远赴西部基地，深夜狂风大作，奋力加固帐篷的陶志纲被狂风卷进了另一个帐篷， 撞上钟心正在换衣服。

陶志纲一晚上都很心慌讲给战友听的时候也被一通指责更加不安。战友给她建议娶钟心对人家负责，陶志纲反应更加激烈。次日一早，陶志纲主动和钟心搭话告诉她基地没有可洗漱的水，又提出要送人家去中子源研究所，一路上还给人家科普沙漠环境， 陶志纲满脸悲愤地对钟心宣布要娶她为妻。面对陶志纲的“负责”，钟心哭笑不得，直接跳下汽车伤了钟心的腿。中子源研究所迎来了一批很好的材料，钟心的表现让研究所的刘所长和左队长很是满意赞不绝口。

陶志纲跟着钟心来到中子源研究所，钟心不想让陶志纲继续跟着自己生气地一直指责，但是陶志纲只认死理就要对钟心负责任，钟心无法劝动陶志纲只好生气离开。黄凯华教江水宁数学但是江水宁一直学不会让黄凯华有些控制不住情绪，但是江水宁没有生气是要求黄凯华对自己再严厉些才能学好数学。彭雄飞不想在食堂与彩兰见面情愿不吃主食。江水宁主动做好吃的饭菜作为学费，黄凯华吃了这么多年的食堂对于家常饭菜自然喜欢。

彭雄飞没有领取自己该有的口粮，彩兰下了班亲自给他送去，彭雄飞认为还是有必要聊聊两个人之间的关系，彩兰知道彭雄飞对自己没有感情但是就认死理，既然被彭家娶进门那就是彭家的媳妇，彭雄飞心里憋屈但是一口咬下彩兰做的包子就再也停不下来。黄凯华和江水宁说起王怀民的事情，在江水宁面前黄凯华承认王怀民比自己更厉害，天赋这种东西是无法超越的，江水宁却只崇拜黄凯华这样的科学家，她认为个人都在自己的岗位上尽力，最后让国家骄傲就行，不用计较谁更厉害。江水宁的话让黄凯华很开心也很宽心。

研究所里，数据汇总工作完成，研究进入新的阶段，也面临着新的难题。王怀民真诚的发言鼓舞了众人，告知大家基础理论已经完成要进入原子弹架构的研究当中了。只有丁向军神色不忿。但是不能阻挡大家继续研究的热情，每个人都各司其职计算着自己岗位上需要的数据。林教授给钟教授带了一个神秘的物件，打开却是珍贵的金属材料，钟教授立刻就要人给钟心送去。正好王怀民来找钟教授解决问题，钟教授就直接引荐了林教授给王怀民认识，林教授对王怀民的科学理论还是赞不绝口的。

王怀民在林教授的肯定下告知了现在研究室面对的问题，林教授建议王怀民将A所的一些计算任务分给华东所。王怀民也面临出差但是小振理没有人照顾，去问石红英她又嘚吧嘚吧一堆最后还是告知了王怀民，杨佳蓉回来的时间。杨佳蓉所在的研究所突发爆发可能面临核泄漏的危险，但是杨佳蓉要求全面参与核泄漏的排查和防护工作的收集，但是急救队长考虑到危险性极大不让杨佳蓉加入，杨佳蓉未得到允许的情况下直接进入现场拍照记录。

现场有一名同志遇险，杨佳蓉救护同志始终没有放弃，好在大家及时赶到杨佳蓉也安全走出现场。原来被救的那位同志是研究所的孟院长，大家都觉得杨佳蓉表现的很好得到了大家的一致认可。牛玲也感到很骄傲，杨佳蓉这才得知孟广阔院长是牛玲的爱人，并不像其他人传说的那样没有结婚，牛玲承诺以后会把杨佳蓉当作家人，问起杨佳蓉和王怀民的感情问题时，杨佳蓉有些逃避，但是牛玲告诉她不用逃避爱的问题，只有每个人都有幸福美满的家庭才能把更多的精力投入到工作当中，这一番话让杨佳蓉感触很深。

王怀民去上海出差，为杨佳蓉买了一枚蝴蝶胸针，而且提出了诸多的要求，他要求的工艺只有这家店的工人能做。钟心收到了钟教授寄给自己的原材料，打电话回复的时候按照陶志纲所说的暗语颇为搞笑和麻烦，陶志纲在电话结束之后突然掏出了一束鲜花再次向钟心求婚，钟心直接残忍拒绝这让陶志纲有些失落。陶志纲绝不气馁继续追求钟心，雷达却出现问题有不明飞行物在空中侦查基地。原来这种飞机是各类高射炮无法击中的，所以它能随意窥探我国的原子弹基地。

在做首饰盒的时候，王怀民注意到了手艺高超的工人陆大海。王怀民回到基地后向钟培林推荐陆大海，钟培林也被此人高超的手艺震撼，向领导申请将陆大海调到A所。黄凯华和丁向军因为一组方程又起了争执，王怀民几笔计算就否决了丁向军的算法，但是丁向军质疑如何才能简化算法提高效率，王怀民直接写出一个公式让大家计算，立刻得到了结果的认证，这让丁向军更加尴尬。杨佳蓉结束工作就要回家。杨佳蓉一回到A所，石红英就给她汇报了王怀民的事情。理论模型正在建构，可科学家们计算的结果与苏联数据之间始终存在差异。

杨佳蓉刚回所里收拾东西晚上又得离开，石红英却替王怀民道出了他想杨佳蓉的事实，杨佳蓉心里有些开心但始终没有作声。庞大的运算量令科学家为难，所里却只提供了算盘作为运算工具，好在科学家们有一股求知探寻和爱国的热情很快又投入到了工作当中。钟心要和钟教授沟通工作上的事情，但是陶志纲要事先编好暗语才能进行，至于钟心和父亲的私房话陶志纲不得不破例一次但要求监听随时停止，钟心把有人要强娶自己的事情和父亲说了，钟教授倒无所谓女儿的恋爱问题，钟心存心戏弄陶志纲让其吃瘪。

杨佳蓉带着振理等待王怀民，从白天到黑夜，然而繁杂的运算工作让王怀民忘记了时间。正好碰见彩兰来给张大爷送饭问起振理是谁的孩子，杨佳蓉找了个借口话题就转移到了彩兰留在所里食堂工作的事情。彩兰已经不对彭雄飞抱太多的幻想了，只想自己在这里好好活着，为国家奉献自己。杨佳蓉晚上要出差但是不知道什么时候回来如果见不了王怀民那就不知道什么时候还能再见。彩兰劝杨佳蓉去办公室找王怀民否则就要错过，杨佳蓉不肯。

大家计算的数据与苏联专家给的始终不一致，王怀民怀疑可能是苏联数据错误，还要求大家再继续计算。丁向军固执己见始终无法放开枪式的执着，对于王怀民多有不服竟然大发雷霆，对于丁向军的表现大家议论纷纷。王怀民鼓励大家钟心已经带领小组成员在西部建立了中子源，上海华东分所的同志们也在精确计算数据，大家都不是孤独地奋斗，要继续努力。杨佳蓉久等王怀民不来只好独自把振理送进了幼儿园，振理不舍得和杨佳蓉分开哭着哀求，但是为了工作杨佳蓉也不得不伤心离开。

大家每日都在为计算数据奋战，人手不足不得不征调大学生加入到基础计算当中。经过9次计算，结果全都一样，此时众人终于确信，是苏联的原始数据错了。原子弹基础理论构想报告大会召开，苏联和美国都断言中国在二十年内不能造出原子弹，但是不服输有骨气的中国人就是在艰苦的环境之下研究出了自己的原子弹理论体系。王怀民代表科学家作汇报说明，丁向军对王怀民仍然忿忿不平，王怀民对大家宣布理论构架完毕，原子弹制造工程终于可以开始。

钟心找陶志纲强调不要再纠缠自己，战友替陶志纲打掩护说其奉命去负责大部队到达的安保工作。彩兰要跟着大部队去西部基地支援，彭雄飞却突然有些不舍挽留的话始终说不出口。A所抽调精英骨干也要去西部，于是彭雄飞得知自己也要去。黄凯华顾着和江水宁道别，任务完成不了不能回北京也不能告知江水宁自己去哪，两人虽是不舍却可以通过信件继续交往。王怀民也要给振理办理转学了，带着他一起去西北读书。1962年二机党组向国家承诺会在1964或1965年完成原子弹制造，也就是这一年开始为原子弹成功形成了总攻势。

基地的同志热烈欢迎科学家们的到来，还准备了可口的饭菜。陶志纲席间不断避免钟心的眼神，彭雄飞又四处寻找彩兰的身影。席间有人浪费粮食，陶志纲见后把科学家们带到军人食堂，陶志纲让浪费粮食的科学家尝野菜汤，原来为了把粮食省给科学家们，战士们居然在喝树叶汤。科学家们吃的每一口粮食都是全国人民省下来的，不该浪费也不能浪费，大家触动都很大，把土豆和主食分发给战士们，但是战士们依然的推让，虽然分工不同但每个人的使命都很重要都想要更好的粮食。陶志纲把王怀民带至基地的河边见到了杨佳蓉。