陶志綱(李健 飾)看的原來是美國投放原子彈的視頻，而美國人時刻用原子彈在要挾中國，傅首長告知我們中國人自己也要搞一個原子彈，陶志綱不敢相信他認為原子彈沒那么容易制造成功，而傅首長強調共產黨人就是從什么都沒有和不會到現(xiàn)在建立新中國，所以原子彈也不是不可能成功的，至于陶志綱的任務就是保護研究原子能的科學家們，他必須要脫掉軍裝潛伏保護，為了祖國不再受美國要挾，成為強大的軍事國家陶志綱毅然脫下軍裝接受任務。

鐘教授回國和研究所的老孟說起國內的科研條件與美國比對確實落后了一個世紀，但有這些歸國的科學家的共同努力未來一定能趕超，至于林教授已經被成功營救不日就將回到國內。王懷民(李光潔 飾)在小攤上和小販商量著買放大鏡和干涉濾光片，鐘教授對干涉濾光片也很有興趣，就在王懷民和商販交談中被鐘教授搶了先。鐘教授帶著寶貝找到方明將軍，方將軍告訴鐘教授國家現(xiàn)在有一件大事需要他，但是他一旦接受的話就意味著在以后的若干年里要隱姓埋名消失在世界學術領域，要改變自己的研究方向，不能獲取最新的學術的成果，不能成為頂級的科學家不能實現(xiàn)自己的科學理想，面對這些條件，鐘教授沉思片刻，堅定地回答自己愿意，愿意以身許國，方將軍和傅首長都很是激動，為了國家鐘教授甚至改名為鐘愛國。

陶志綱接受任務為研究所A所篩選審查工作人員，A所人員審查嚴格很多人都被拒之門外。王懷民也來應征，他知道A所就是研究原子能的機構，他表示自己在蘇聯(lián)留學是研究原子能物理的專家，自己了解很多關于原子能的情況，美國的核威脅加劇中國必須盡快有自己的原子能研究機構。王懷民一心想要進入機構，他的身家階級都很清白，父親是駐朝英雄部隊的軍人，哥哥在解放戰(zhàn)爭中犧牲，陶志綱決定把王懷民的情況上報領導。

A機構召集了更多從各地名牌理工大學的畢業(yè)生前來報道，黃凱華(朱鐵 飾)抱著自己的孩子在大門處等待，還有從北航畢業(yè)的雷達專家丁向軍(賀彬 飾)和哈工大畢業(yè)的彭雄飛(蘇茂洋 飾)都應召加入，他們和許許多多受到召集的畢業(yè)生們閑聊，他們并不知道這個機構是做何方向的，但是必然事關國家機密，大家都有些興奮。王懷民為爭取進入機構攔截鐘教授的車輛毛遂自薦，王懷民在中科院發(fā)表的論文鐘教授都看過，他在原子能方面的研究成就鐘教授很是欣賞，但是陶志綱懷抱對于王懷民的偏見阻撓其進入機構，無論鐘教授如何據理力爭都被其拒絕。

黃凱華因為老婆離開無音訊所以只能帶著孩子去應征，在召開會議之前又把孩子寄放在醫(yī)院里，對于無人看管的孩子十分為難。王懷民收到父親的來信，母親已經去世但是父親依然在朝鮮繼續(xù)任務無法回國，王父勸王懷民另娶良配照顧他和孩子的生活。加入A所的科學家們在陶志綱的帶領下宣誓，嚴格遵守保密制度，承擔保密國家機密安全的重要任務。宣誓完畢，鐘教授拿出一塊鈾礦石展示給大家看，它具有核反應，在座的各位見到鈾礦石都很激動，鐘教授向大家交底，A所就是原子能研究機構，機構的研究方向就是原子彈，研究出屬于中國自己的原子彈，為了祖國的強大和世界的和平與發(fā)展，這將是這個時代最偉大的工程，在座的各位科學家為此將奉獻自己的青春。

王懷民回到家中，楊佳蓉(高露 飾)正帶著小振理(何軒宇 飾)照顧小兔子，振理對于楊佳蓉的依賴非常深，王懷民也十分放心地將振理交給楊佳蓉照顧。歷經幾年鐘心(徐曉璐 飾)終于回國，鐘教授很開心女兒回到國內，父女兩終于團圓，可以一起為國奉獻。王懷民考慮再三決定自己來照顧振理，但是王懷民沒日沒夜研究、振理周末不用上幼兒園、振理生氣耍脾氣的時候，王懷民都無法很好地照顧好他，所以楊佳蓉根本沒法放心，她不怕人家說閑話愿意照顧振理，除非王懷民愿意再婚，但這條已然行不通，所以還是由楊佳蓉來照顧。在中國核工業(yè)的研究過程中有很多蘇聯(lián)的科學家援助，幫助中國核工業(yè)走上起步階段，但面對蘇聯(lián)專家的學術交流我國的科學家還是稍顯不足。王懷民去找楊佳蓉時才知道她已經離開原來工作的醫(yī)院。