王懷民(李光潔 飾)單獨(dú)找到傅首長(zhǎng)，申請(qǐng)參加回收地面核測(cè)試數(shù)據(jù)的任務(wù)，即使這是個(gè)九死一生的任務(wù)王懷民還是堅(jiān)持上陣，托付傅首長(zhǎng)交給楊佳蓉(高露 飾)一封信。他不知道，此時(shí)楊佳蓉正在為進(jìn)入蘑菇云采樣做準(zhǔn)備，每一個(gè)坐上飛機(jī)準(zhǔn)備采集數(shù)據(jù)的同志都給家人留下了信件，只有楊佳蓉默默摸著王懷民給的胸針。經(jīng)過(guò)全國(guó)各大氣象專(zhuān)家的聯(lián)合分析終于確定核爆當(dāng)天的天氣良好，核爆按原計(jì)劃進(jìn)行。大家既焦急又期待，隨著發(fā)令員的口令，起爆員鐘心(徐曉璐 飾)摁下按鈕，蘑菇云騰空而起，照耀出的萬(wàn)丈光芒和釋放的能量足以摧毀一切。

蘑菇云從炸開(kāi)到緩慢消散，數(shù)據(jù)收集的同志們及時(shí)趕到核爆鐘心冒著生命危險(xiǎn)收集一手資料。外圍采集的數(shù)據(jù)傳回總部顯示并不樂(lè)觀，因?yàn)楹吮艌?chǎng)影響較大所以最準(zhǔn)確核心詳細(xì)的數(shù)據(jù)還需要在核爆內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同志傳回。楊佳蓉和王懷民一個(gè)在地面，一個(gè)在空中緊急采集數(shù)據(jù)，靶場(chǎng)中，王懷民發(fā)覺(jué)數(shù)據(jù)儀器少了一個(gè)，獨(dú)自沖回爆心區(qū)域，找回最后一個(gè)儀器。而楊佳蓉的空中采集已經(jīng)完畢順利返航。在洗消的過(guò)程中，王懷民突然開(kāi)始嘔吐。為了其他同志的安全必須將其隔離。

數(shù)據(jù)很快傳回指揮室，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析員們緊張的測(cè)算，結(jié)果出來(lái)了。鐘培林(牛飄 飾)鄭重而緩慢地宣布：這一刻我們等得艱難而緩慢，但是這次爆炸的原子彈釋放當(dāng)量超過(guò)美軍在廣島投放的原子彈當(dāng)量，所以這是一次成功的核爆炸！大家歡呼雀躍，方明將軍將情況告知總理。大家都沉浸在核爆成功當(dāng)中，1964年10月16日，歷經(jīng)千辛萬(wàn)苦我們終于永遠(yuǎn)了自主研發(fā)的原子彈。毛主席也無(wú)法再隱瞞此激動(dòng)小心讓周總理提前公布，全國(guó)各族人民都為原子彈的成功歡呼雀躍。西部基地也得到消息，打算好好慶祝。楊佳蓉的檢查結(jié)果顯示無(wú)輻射影響，而牛玲(康靜 飾)告訴王懷民的父親王明山(石兆琪 飾)的情況不容樂(lè)觀，但當(dāng)他聽(tīng)到廣播中播報(bào)原子彈成功爆炸的消息時(shí)，嘴角卻是掩蓋不住的笑意，美國(guó)的中國(guó)悲觀論調(diào)恰恰從側(cè)面證實(shí)了中國(guó)核爆的真實(shí)性。

楊佳蓉去看望王明山，王明山認(rèn)識(shí)楊佳蓉問(wèn)起王懷民的情況，楊佳蓉安慰王明山王懷民只是因?yàn)楣ぷ餍量嘁煤眯菹?，而王懷民恰是中?guó)核武器研制的中堅(jiān)力量，王明山驕傲但也知自己時(shí)日不多交代楊佳蓉許多王懷民的事情。王懷民的檢查報(bào)告送往北京繼續(xù)驗(yàn)證，為防止其成為輻射源不得不繼續(xù)隔離?，F(xiàn)在陶志綱(李健 飾)一召喚鐘心就跟著一起，鐘教授也不再阻攔。由于保密性的要求所以表彰原子彈突出科學(xué)家和技術(shù)工人無(wú)法公開(kāi)身份領(lǐng)獎(jiǎng)，他們必須繼續(xù)隱姓埋名為國(guó)家奉獻(xiàn)自己。方小云(王薇 飾)再無(wú)理由繼續(xù)留下第二天就要離開(kāi)基地去北京學(xué)習(xí)，大海明白了信仰的偉大人的渺小，支持方小云去上大學(xué)，四年后兩人會(huì)用跟好的自己面對(duì)面，方小云和大海許諾畢業(yè)就結(jié)婚。

陶志綱也向鐘教授表明自己對(duì)鐘心的滿滿愛(ài)意，請(qǐng)求鐘教授同意兩人回到西部基地立刻結(jié)婚結(jié)成革命伴侶，鐘教授仍然不能接受，他介意的還是兩人文化水平的差距，陶志綱將自己從鐘心處學(xué)習(xí)到的很多知識(shí)向鐘教授匯報(bào)，但是鐘教授還是堅(jiān)持兩人無(wú)法達(dá)成精神境界的溝通，且現(xiàn)在也不是鐘心結(jié)婚的最好時(shí)候，一旦結(jié)婚有了孩子又如何去追求科學(xué)的夢(mèng)想，陶志綱根本無(wú)法和鐘心志同道合感同身受，鐘心生氣離開(kāi)，陶志綱也表示自己不會(huì)放棄。王懷民終于拿到了自己的檢查結(jié)果，離開(kāi)隔離病房，他趕到父親的病房，但還是晚了一步，王明山光榮犧牲，王懷民在父親耳邊私語(yǔ)一家人就快要在天上團(tuán)聚了。

紀(jì)念為原子彈事業(yè)犧牲同志的墓碑群中又多了一具英雄的尸體，人民和國(guó)家永不會(huì)忘記英雄的付出。自從拿到體檢結(jié)果，王懷民就開(kāi)始躲著楊佳蓉，彭雄飛(蘇茂洋 飾)為王懷民打掩護(hù)之后質(zhì)問(wèn)其為何轉(zhuǎn)變態(tài)度，王懷民咳嗽不止沒(méi)人知道他的情況。傅首長(zhǎng)也問(wèn)牛玲王懷民的情況如何，本來(lái)要轉(zhuǎn)交給楊佳蓉的信被要了回去，其實(shí)王懷民的報(bào)告顯示其未來(lái)可能會(huì)患上白血病，王懷民不想自己繼續(xù)連累楊佳蓉，只想把剩余的時(shí)間留給研究，牛玲也只好幫他隱瞞。黃凱華(朱鐵 飾)和江水寧(馬燦燦 飾)的婚宴就要舉辦了，江水寧有些一反常態(tài)。