焦裕禄病情恶化，因医治无效死亡，年仅42岁，临死前他还放心不下兰考治沙防沙的情况。二十万科研人员整整忙了九年的时间，终于完成了原子弹核心部分，只剩下铀球最后三刀，邓稼先亲自送全副武装的技术工人原公浦进入基地车间，秦子衿想进去拍摄全过程，邓稼先不同意，担心辐射导致她不孕不育，秦子衿只好在外面等。

秦子衿苦等了二十分钟，邓稼先和原公浦手拉手从实验室出来，他们俩终于完成了最后三刀，秦子衿拍下这珍贵的一幕。李响主动报名做第一次核爆安全员的工作，秦子衿也要跟着飞机去执行任务，他们俩惺惺相惜。

聂荣臻陪周恩来观看核爆试验，周恩来看出他很紧张，聂荣臻深知这次核爆的意义，所有技术人员整整忙了十年之久，还有三百个人为之牺牲，他不敢掉以轻心，周恩来当即决定原子弹起爆时间定在10月16日下午三点，聂荣臻马上去安排。

钱三强打电话向周恩来汇报，邓稼先母亲生命垂危，周恩来让他安排最好的医生和医院进行救治，让许鹿希决定让不让邓稼先回来看最后一眼。钱三强征求许鹿希的意见，许鹿希也想让邓稼先回来，可是至今还没有研究出成果，她替邓稼先不甘心。

1964年10月16日，今天是原子弹起爆的日子，新疆罗布泊核试验基地空气中都多了几分紧张气氛，张觉特意让炊事班准备了肉包子，可专家和战士们都吃不下，张觉亲自给郭永怀和邓稼先送来包子。正好周恩来打电话到基地，特意转达了毛泽东对大家的问候，他们俩在北京关注着原子弹的起爆情况，预祝实验成功，郭永怀和邓稼先顿时信心百倍。

下午三点，原子弹成功起爆，李响带着战士们去核心地区采样，机组成员多次申请穿越蘑菇云，成功采集了样本，经过专家分析，中国第一枚原子弹成功起爆，在场所有人都欢呼雀跃，邓稼先和郭永怀激动地紧紧拥抱，他们终于可以回家看父母孩子了。

邓稼先得知母亲病重的消息，第一时间赶回北京，看到人们走上街头庆祝原子弹研制成功，邓稼先疾步如飞来到医院。许鹿希看到报纸上原子弹爆炸新闻，迫不及待拿给婆婆看，婆婆激动地老泪纵横，她不知道邓稼先六年来一直在研制原子弹，不停地替邓稼先可惜，遗憾他没有参加原子弹的研制工作。邓稼先急匆匆赶到医院，他紧握母亲的双手，母亲已经奄奄一息。

许鹿希来找钱三强，想让邓稼先如实向母亲说明实情，了却老人的心愿，钱三强立刻打电话向周恩来汇报，周恩来特批邓稼先把这个秘密说出来，邓稼先一五一十向母亲说明实情，母亲含笑九泉。

邓稼先安葬了母亲，许鹿希很委屈，她苦苦恳求邓稼先说明实情，邓稼先不能说，只是向她深深鞠躬，然后默默关上家门离开了。李响去医院体检，医生从他的尿液和血液中都查出放射元素，秦子衿的身体里也查出少量的放射元素，她约李响来孔雀河边详谈。

秦子衿一见面就向李响表明决心，她要在基地干一辈子，担心身体里的放射物质不能生孩子，她不想耽误李响，李响当即决定和她结婚，发誓保护她一辈子，秦子衿激动万分，拿出结婚申请书，李响也拿出自己那一份，两个人相视一笑。

1967年6月17日，中国的第一枚氢弹爆炸成功，邓稼先和郭永怀一起喝酒庆祝，他们都因为受辐射影响有不同程度的掉发现象，两个人惺惺相惜。随后，邓稼先去内蒙看在那里插队的女儿典典，父女俩久别重逢，激动之情溢于言表，邓稼先给典典送来几罐肉罐头，典典担心以后吃不到会更难受，也不想搞特殊化，以免影响父母，让邓稼先把罐头带回去给妈妈和弟弟，邓稼先深感欣慰。典典发誓要像邓稼先那样优秀，邓稼先给她拿来一本英语书，首先教她学会祖国这个单词。陆舫东抓紧一切时间学习英语，结果不小心把运电缆的车侧翻，郭永怀让战士们检查一下电缆，向司令申请让陆舫东给他当助手，陆舫东自然求之不得。

钱学森求贤若渴，从全国各地找来了卫星相关专业的十八位研究员，孙家栋很开心，鼓励大家只争朝夕，再次创造奇迹。郭永怀收到在内蒙古插队的女儿郭芹的来信，郭芹要买一双鞋子，郭永怀就去商场买鞋，可他不知道郭芹的尺码，就给自己买了一双翻毛皮鞋。妻子李佩给他准备了大衣，郭永怀很纳闷，李佩不问他接下来去哪里工作，可心里有数，答应会一直等他回来，郭永怀踏上了去青海的征途。

1968年12月5日，青海热核基地狂风大作，伸手不见五指，郭永怀要带陆舫东去北京汇报热核试验的结果，为了节省时间，他们俩乘坐飞机，半路飞机失事，郭永怀在这次空难中不幸身亡。

李佩得知郭永怀的死讯，她伤心地痛不欲生，遗憾郭永怀才活了59岁，郭芹在内蒙古听到父亲遇难的消息，她哭得死去活来。郭永怀的公文包里装了数据资料和珍贵文献，他和陆舫东死死抱着这个公文包，这些资料才得以保存下来，周恩来看到这些，让钱三强和钱学森珍惜郭永怀用生命保护下来的资料，尽快完成原子弹的研制。经过专家组和技术人员不懈努力，终于完成原子弹的起爆。

1970年，王进喜带领工人们开发大庆油田，他不怕苦不怕累，最后牺牲在油田。距离东方红卫星发射还有121天，可革委会的工作人员把孙家栋和一些科技人员抓走，导致工作无法正常进行，钱学森气得大发雷霆，他四处奔走，终于把孙家栋暂时解救出来。

孙家栋和钱学森不分昼夜，抓紧一切时间做实验，直到一切正常，孙家栋再回学习班，1970年4月24日，孙家栋和钱学森一起站在窗前，仔细聆听着第一颗人造卫星“东方红”发射的声音，他们俩激动万分，蒋英钢琴演奏“歌唱祖国”的曲子。

王梓被革委会的红卫兵送回家，逼他把“歌唱祖国”那首歌改得面目全非，王梓坚决不干，他带着视障学校的孩子们高唱这首歌，被抓去学习班，一块被抓的还有施光南，他们俩惺惺相惜。

杨振宁要回美国，临走前他向周恩来申请，才得以见到邓稼先，杨振宁好奇他消失这么多年在忙什么，怀疑邓稼先在搞两弹，可又觉得不可能，这些技术只有美国和苏联能做，邓稼先避而不谈，亲自送杨振宁离开。就在这时，邓稼先接到周恩来办公室的来电，他得到授权，向杨振宁一五一十说明实情，两弹一星都是中国人自己搞出来的，杨振宁很吃惊。

中国正式成为联合国，杨振宁看到这一新闻，不禁为邓稼先感到骄傲。核弹没有实验成功，邓稼先主动去现场勘查，李响要陪他一起去核爆中心，距离核心位置还有几公里，邓稼先强行让李响停车，还把车钥匙拔下来，邓稼先冒着飞沙走石和狂风独自赶往核爆区，突然一阵大风吹来，他站立不稳，被吹下沙丘，邓稼先探测到核弹完好，用对讲机通知部队进场，可以再次起爆，他因为遭受核辐射呼吸困难。

邓稼先回家休息，教两个孩子做数学题，医院把检查结果打电话通知许鹿希，她顿时傻眼了。邓稼先身体受到大量核辐射的侵蚀，他被迫住院治疗，可他在病床上依旧坚持工作，许鹿希很心疼，忍不住埋怨他，邓稼先觉得愧对她和孩子们，答应下辈子再来补偿对他们的遗憾。

邓稼先在医院住了一年多，病情不见好转，一个月后，邓稼先病逝。

1996年，秦子衿和李响带着儿子一起来祭拜秦品元，中央宣布了暂停核试验的决定，李响和秦子衿终于等到这一天，儿子拿出录取通知书，他要接父母的班，继续航天事业。

1976年10月，华阳钢铁厂的工人们一起走上街头，他们敲锣打鼓，载歌载舞一起庆祝打倒四人帮，何诗卉和简凡这对小情侣也在其中。冶金工业部的何济沧正在日本访问，当他得知“祝酒歌”的作者施光南也跟随中国代表团来日本参观，就留下来和施光南见面，两个人聊起了中国钢铁业的发展，最后，何济沧拿出女儿何诗卉的照片，拜托施光南在音乐方面多多指点。

何诗卉不想继续留在华阳吃大锅饭，她顺利考上中央戏剧学院，简凡帮她收拾行李，何诗卉劝简凡也考大学，他们俩一起离开华阳，简凡避而不答，两个人依依惜别。华阳钢铁厂已经两年没有完成国家的指标，何济沧和陈部长不约而同想要挽救华钢。何济沧临危受命去华钢厂做厂长，何诗卉强烈反对，坚持让他留在北京，在文革的时候，何济沧妻子就是在华钢被迫害而死的，何济沧放心不下华钢五万多职工。

简凡的父亲简万春一直在炼钢一线，他工作兢兢业业。工人们两年没有领到工资，大家怨声载道，马勺带着工人们来光荣大院找厂长欧阳彬要钱，欧阳彬被逼得无处可逃，多亏何济沧及时赶来解围，明确讲明欧阳彬曾经是劳模，有资格住在光荣大院，他详细讲述了华钢面临的困难，简凡业余时间倒卖鸡蛋，他在旁边起哄，欧阳彬好说歹说才把工人们劝走。

欧阳彬向何济沧提出调离华钢，何济沧不同意，求他留下来一起挽救华钢。执法人员要扣留简凡的鸡蛋，简凡强烈抗议，马勺还拿出三中全会的文章，力证简凡的做法是合法的，执法人员见状，只好悻悻离开。

何济沧把简凡叫到住处，鼓励他拿出卖鸡蛋的精力挽救华钢，简凡看出他的决心，第一时间去向父亲华万春报喜。简凡照例把卖鸡蛋挣的钱给何诗卉寄去，让小马把剩下的鸡蛋原价卖给车间同事。

简凡到邮局寄钱，正巧遇到同事宋勤勤，宋勤勤对他冷嘲热讽一番。何诗卉这次考试成绩垫底，班长鼓励她下次加油，通知他去家里见施光南，施光南打电话约何诗卉见面，想听听华钢青年突击队的故事，何诗卉准时来见他，施光南听完她讲的故事，当场写了一首“假如你要认识我”，施光南自弹自唱，何诗卉不便打扰，她刚想离开，施光南让她唱这首歌，何诗卉担心自己不能胜任，施光南觉得她唱出了真情实感。

何济沧打电话向部长求助，苦苦恳求部长给华钢拨钱。随后，何济沧就来到职工医院，看到马勺把处方扔在地上，他赶忙过去询问，了解到马勺肺病很严重，可他没钱买药，何济沧蹲守一天，看到100多个职工都是因为没钱放弃治病。何济沧立刻召开班子会，要求把技改资金拿出来给职工报销药费，解决职工的燃眉之急。

轧钢车间设备出现技术问题，日本专家也无能为力，欧阳彬急得一筹莫展，简凡建议让助理工程师宋勤勤试一下，宋勤勤毕业于北京钢铁大学，一直被造反派压制着没晋升高级工程师，宋勤勤跟着日本专家调式设备，详细记录了所有的数据。欧阳彬立刻向何济沧汇报，何济沧对宋勤勤寄予厚望，让欧阳彬尽快落实。

简凡和马勺卖了三百斤鸡蛋，他们高高兴兴往回走，正好看到宋勤勤，得知何济沧答应给她晋升高工，简凡也替她高兴，带她去吃饭庆祝。从那天开始，宋勤勤就带着技术人员一点点排查设备，饭都顾不上吃，马勺就把饭送到车间。

何诗卉想借同学录音机听小样，同学已经借出去了。简凡终于攒够钱想给何诗卉买一台录音机，没想到何济沧自己花钱买了一台二手录音机寄给何诗卉，劝她珍惜简凡的感情。何诗卉用录音机放出自己唱的“假如你要认识我”小样，同学们被她的歌声吸引过来，何诗卉拿出青年突击队的照片，想起在华钢的点点滴滴，心里感慨万千。

经过宋勤勤和技术人员不懈努力，终于把设备调试好，何济沧让宋勤勤亲自启动，设备正常启动，工人们一起鼓掌欢呼。经过厂党委研究决定，授予宋勤勤高级工程师的称号，还送她去日本深造两年，简凡也替宋勤勤高兴。