陶志纲带王怀民去见久别的杨佳蓉，王怀民一时激动，突发高原反应。彭雄飞在排队领取物质的时候和黄凯华说自己强烈感觉到彩兰的存在，黄凯华宽慰彭雄飞基地这么大两人相遇概率低。很多同志都有高原反应就彭雄飞活蹦乱跳的收拾东西却突然听见彩兰的声音，彭雄飞呼喊一声小李来的果然是彩兰，彩兰能干的热心肠还在。此时基地正在大面积爆发高反，医院人满为患。基地条件恶劣，寒冷和饥饿成了两大难题。如果不能及时解决饥荒问题，日后造成的后果不堪设想，更何谈继续研究原子弹，但全国的形势都是如此严重也没办法。

钟心拦住陶志纲解释清楚两人之间的事情，陶志纲就是认死理负责任要娶钟心为妻。彭雄飞在王怀民面前嘚瑟自己的身体健康，杨佳蓉一来黄凯华就识趣地带走了彭雄飞，让杨佳蓉和王怀民单独相处。王怀民一看见杨佳蓉转身就走的原因是生气杨佳蓉离开没有留下只言片语，杨佳蓉直白说出自己没有照顾振理和王怀民的义务，自己也要完成自己的任务。王怀民不得不承认杨佳蓉的话，两人的谈话对之间的感情没有任何作用。彭雄飞从黄凯华处得知陶志纲向钟心求婚的事情，恰好被钟心听见。

钟心生气地不行不仅大骂陶志纲脑子有问题而且直接断绝了自己和彭雄飞的关系。李彩兰给大家做了床垫，彭雄飞虽然嘴上不承认，心里还是记得李彩兰的好意。西部昼夜温差大必须学习特有的睡觉姿势晚上才不会被冻着。王怀民病情稍微好点就回到了宿舍研究原子弹，从包里无意中掏出了要送给杨佳蓉的胸针，王怀民上次晕倒是因为要向杨佳蓉表白但真正面对的时候却又胆怯了。基地粮食储备见底，随之而来的大旱，使所有工作都进展缓慢，基地陷入没粮没水的窘境。李彩兰心里着急，开辟了一小块田地，试着种些粮食。

基地水资源越发难得清水很少，彩兰开辟的小块田地也不容易。黄凯华将彭雄飞带至菜田让他好好看看彩兰的辛苦付出，彭雄飞喊出做网捞小鱼的彩兰，两人之间的婚约他还是不想再提起，彩兰这么久以来也没有提过婚约，彭雄飞别别扭扭说出一句关心彩兰的话让彩兰开心地不行。基地一天就一杯口粮水彩兰也省下了倒在一个罐子里。

傅首长看到彩兰的小土豆田发出了小苗但是土豆长得并不好，不光光缺水问题还有土壤，傅首长建议彩兰往里面撒一点硫磺粉试试。研究基地试验出现冷凝器报警，看到实验室机器的U形管有冷凝水，王怀民灵机一动将同志们的口粮水灌入仪器降温，温度是降下来危机也暂时解除。杨佳蓉日夜操劳，还把最后的水给了病人，自己几近昏厥又没有水可以缓解。

钟心途中遇见老格勒也要骑马，虽然骑的不错却意外快要倒下时被陶志纲扶了一把，陶志纲担心钟心出意外。杨佳蓉晕倒时幸好王怀民出现，拿出了一瓶清水让她清醒过来。钟心拿口粮水给自己做清洁，这让陶志纲看不习惯提出批评，演示沙子洗手给她看，然后又脱下鞋子把脚埋进沙子里解乏，钟心被陶志纲一激也脱下鞋子学着把脚埋进沙子里，果然很舒服解乏，这个时候气氛很好陶志纲也唱起歌来。

王怀民背起虚弱的杨佳蓉路过科学家们挂着很多U形管的树木，这是利用昼夜温差收集一点点水分，王怀民答应多做些集水器也给医院一些。陶志纲将烘干的戈壁沙鼠肉哄骗钟心吃下又告诉其真相惹得钟心一阵恶心，钟心想出了不知道什么办法可以让陶志纲与自己扯平。王怀民要做集水器，其他技工都觉得难，陆大海及时接手，答应很快给王怀民成品。大海嘴硬告诉王怀民自己根本不愿意来戈壁这种没水没粮的地方，但是回到上海生活又回归平庸毫无理想平淡过完一生，而这个时代国家急需王怀民和大海这样的天才，燃烧释放自己为了让国家更好，大海认可王怀民的话转变了想法。

西部基地第一次爆轰试验，彭雄飞昏倒了，牛玲博士说这是最严重的急性高反已经引起了脑水肿。彭雄飞一开始没有出现高反但是突然集中爆发更加危险。王怀民托石红英带话给杨佳蓉要找她有事，石红英关心两人的进展又被杨佳蓉错开。经过救治，彭雄飞艰难脱险，他一醒来，就见到李彩兰端着药坐在自己床前。彭雄飞不是很想见到彩兰有点无奈还嚷嚷着要换护士，被石红英一口回绝留下彩兰继续照顾。

夜晚，杨佳蓉一个人留在实验室做防辐射实验，因为连续熬夜工作还把自己的饭票分给其他人，夜晚特别饿，突然发现书包里有一包饼干，原来是白天王怀民悄悄留给她的，杨佳蓉开心又感动忍不住泪水留下。U形管里的水积累的不错，王怀民向杨佳蓉透露自己小时候的梦想不是成为物理学家而是一名军人，在战场上报效祖国，但是哥哥在战场上牺牲让自己的母亲根本不让自己成为一名军人，王怀民为了家人只好继续学习深造物理，很幸运地遇见一位鼓励自己的老师让王怀民坚定走上物理的道路。

王怀民说出自己最真实的想法，信仰对于自己是有的，只是承接信仰的根基还没有找到，也许等到原子弹成功的那一天信仰就出现了。干旱越发严重，突然吹起一股怪风，雷达信号也异常，接着又突然发生地震。彩兰拼命去到医院让众人出跑，又背起彭雄飞冲出楼房，地震让一些同志受伤，紧急之中杨佳蓉跑回医院仓库，舍命护住仪器。王怀民为保护杨佳蓉受伤。陶志纲及时赶到救出被压住的杨佳蓉和王怀民，又带人抢救设备，钟心也帮助陶志纲运出设备。地震停止大家都很伤心惋惜设备和部分资料被毁，但是紧接着下起了大家期待已久的大雨令大家看到希望。

干旱危机终于过去，但也造成了巨大损失，还有同志为保护设备殉职，有些同志带着伤坚持工作，基地里士气低落。钟教授向大家说明有两位同志在地震中牺牲，找到他们遗体的时候是趴在设备上的，他们用年轻的身体保护珍贵的仪器，是伟大社会主义科学家。傅首长为大家鼓劲，告诉大家各行各业的工作人员，算起来全国还有几十万人在一起为原子弹事业战斗。同时毛主席、周总理和党中央对原子弹都抱有很大的期许，傅首长亲自去运送党中央特批的粮食，每个人大受鼓舞宣誓一定造出原子弹不辜负党和人民的期许。

河水刚涨起来食堂就给大家做了鱼汤，这还多亏了彩兰提前半个月的时间就将渔网下到河里，结果大旱过后必有大雨，大雨来临果然捞上了很多大鱼，傅首长对彩兰的精神很是赞许。彭雄飞因为彩兰的所作所为也有些触动。钟教授一来基地就去见女儿钟心，钟教授得知是陶志纲纠缠自己的女儿立刻就去找其谈话，陶志纲单方面追求钟心征求过傅首长的意见，傅首长建议钟教授不要过多参与年轻人的事情，钟教授就是担心陶志纲和钟心没有共同语言，傅首长一劝陶志纲顺杆子往上爬，但是最后决定权还在于钟心。钟教授被劝也决定放手。

基地组织文艺活动方明将军也来参与，大家都感叹文艺演出规格真高，而且方明将军的女儿也是表演中一员。彭雄飞和王怀民一起研究数据，王怀民并不想参与文艺演出，彭雄飞想短暂逃避科研问题去享受生活。刚落座没多久彩兰也坐到彭雄飞身边，彭雄飞好奇为啥不管自己在哪彩兰都能找到自己，彩兰倒不客气也不要彭雄飞感谢自己地震的时候救了他，还送给彭雄飞一双亲手做的袜子。钟心想搬去和杨佳蓉一起住，杨佳蓉调侃等陶志纲欺负钟心的时候自己可以钟心收拾。

陶志纲的目光就没离开过钟心，杨佳蓉看透一切，感情就是很奇妙，有时候不一定条件相当才合适，彭雄飞和彩兰就越看越合适了。杨佳蓉和钟心互相避开了自己的感情。王怀民在实验室计算，黄凯华在想念江水宁，每个人都有自己的心思。文艺表演完毕，文工团的最后保留活动就是为科学家们洗衣服，文艺工作者就是从群众中来到群众中去，为革命工作奉献自己的力量。方明将军对A所受到损失很是惋惜，但好在基地有同志们的这一腔热情在不怕这些艰难困苦的阻挠，再加上党中央大力支持原子弹事业，方明将军走之前将周总理给的唯一苹果给了钟教授，这唯一的苹果要让整个基地的同志们都享用。

彭雄飞和黄凯华带着科学家们在测量苹果体积讨论如何将其均分成两百份，可是王怀民提出整个基地上千人都在为原子弹做贡献，如何去分呢。大家陷入苦恼，还是彩兰玩笑似地说了一句不如将苹果挂在那让大家闻闻味，结果还真就从实验室开始每个地方轮着挂苹果闻味。王怀民组织的测算还没有突破，钟心的研究也陷入瓶颈。基地派出去运送粮食的老高没有成功将粮食运回，傅首长直言形势严峻，通过地图分析和一些妥善安排，他决定不顾危险亲自前往新疆押运粮食。

钟心和张来如约去往杨佳蓉的宿舍同住，哪知道王怀民一听说要来杨佳蓉的宿舍也跟着来送送东西，石红英带来了基地轮流的苹果，王怀民受到启发急忙回到实验室画图。彩兰则带着杨佳蓉和钟心去戈壁上找野兔子，而且种植的土豆也成功长大了，彩兰坚持不放弃的精神才是种活整块田地的重点。陶志纲饿着肚子挑灯自学物理，恰好被一墙之隔的钟心听到。陶志纲认为不能了解科学家们在干什么如何去保护他们，钟心感动于陶志纲的热忱，决定帮助他学习。

彭雄飞的实践数据和黄凯华计算的理论数据不对，两人发生争执，其实理论和实际必须联系在一起不可分割，两人才和好。杨佳蓉为王怀民做了一件防辐射材料的马甲，王怀民却说面临困境，杨佳蓉的实验进展倒还不错，王怀民不知如何度过现在的困境，而杨佳蓉他们心中的信仰并不能解决目前的问题，王怀民觉得应该在全所成立精英体制，并且希望杨佳蓉专注学术。杨佳蓉认为王怀民是希望自己成为第二个何吟薇，王怀民的思想离一个真正的社会主义科学家还有很长一段路要走。王怀民根本不知道什么是一名社会主义科学家。

原子弹研究基地粮食短缺，中央安排军队将一批食材和粮食尽快运送分派给专家和技术人员，傅首长在运送粮食的途中，车辆受损可能无法走出沙漠，车子不断搁浅粮食可能无法全部运出，傅首长指示无论如何都要将粮食运回基地。受到苹果外层果蜡的启发，王怀民想到在原子弹中加入反射层，进一步缩小铀球尺寸，这样不光能使原子弹释放能量加大而且可以缩小原子弹的材料用量。傅首长带队押粮遭遇风暴，已经丢失了几车粮食运送的同志们非常自责不舍得吃口粮，于是战士们只用骆驼草籽果腹将仅存的粮食省给科学家。钟心辅导陶志纲的学费就是一顿饭，两人约着晚上上课的事情被彩兰听见。傅首长押运的粮食终于到达，可以让基地的同志吃顿饱饭了。