沙漠條件艱苦，王明山(石兆琪 飾)帶領(lǐng)的戰(zhàn)士們幾乎堅持不住。王明山得到了上級的允許，告訴大家正在執(zhí)行的是尋找原子彈試爆地點的任務(wù)，鐘教授給戰(zhàn)士們講解我們的國家正受著美帝國主義核武器的威脅，只有我們擁有了核武器就能抵抗帝國主義的威脅，是這個時代最偉大的任務(wù)。戰(zhàn)士們聽后熱淚盈眶，表示就算犧牲也值得。蘇聯(lián)仍然沒有送來模型，大家再次失望離開。蘇聯(lián)人總是諸多借口拒絕運送原子彈模型。王懷民(李光潔 飾)想起鐘心(徐曉璐 飾)有照相機，于是新的計劃開始了。王懷民等人用相機拍下了黑板上被擦掉的圖，又在暗房做技術(shù)處理，不斷拼圖計算。大家夜以繼日不斷拼湊。

終于，一幅完整的原子彈內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖被拼湊出來，眾人雀躍歡呼。大家商量著在發(fā)生變故之前盡可能多的掌握更多的知識和技術(shù)。不料陶志綱(李健 飾)突然闖進來詢問，而且是接到舉報說這幾個人特別活躍，陶志綱和眾人搶奪照相機的時候曝光了相機底片，毀了大家收集到的所有資料。王懷民一通科學(xué)理論怒懟陶志綱讓其無言以對。A所保密包制度實行，每個同志上下班都要領(lǐng)取和送還保密資料。王懷民對保密包計劃信心十足，他的大腦完全可以記住所有的知識。黃凱華(朱鐵 飾)妻子向其提出離婚并帶走孩子，陶志綱愿給黃凱華提出幫助，但是黃凱華決心已定還是簽下了離婚協(xié)議。

陶志綱告訴黃凱華保密包不是針對他們幾個而是更好的保護資料安全，黃凱華告訴陶志綱王懷民的事情而且勸告陶志綱更多地去了解這些科學(xué)家們。楊佳蓉(高露 飾)冒著雨接振理回家，振理十分開心。鐘心在男生水房幫王懷民和其他科學(xué)家洗衣，王懷民突然闖進水房告訴大家之前研究的九號核材料利用率低爆點低，改用五號材料，大家重新計算模型公式，再繼續(xù)壓榨蘇聯(lián)專家一定能成功研制五號材料。陶志綱告訴大家一個沉重的消息：蘇聯(lián)人撤走了。蘇聯(lián)專家離開前，把所有帶不走的資料都燒毀了。蘇聯(lián)單方面解除原子彈援助條約，大家情緒激動要搶回資料被攔截。但蘇聯(lián)之前在華所做的一切為中國第一顆原子彈研制成功打下基礎(chǔ)。

黃凱華突然向大家宣布自己放棄研究且離婚的事情，黃凱華雖然甘心為祖國的一切奉獻自己，哪怕是妻離子散只要能造成原子彈自己也認了，但是現(xiàn)在可能造不出原子彈自己的價值和意義全無。黃凱華第二日寫信給妻子愿意調(diào)回廣州與其團聚請求復(fù)婚。陶志綱緊張國家放棄制造原子彈，和傅首長說實話自己對于原子彈的感受，但是被傅首長批評，兩人爭辯原子彈造出不易困難重重。

王懷民去看楊佳蓉和孩子，結(jié)果楊佳蓉因為工作和照顧振理染上重感冒暈倒住院，王懷民才從楊佳蓉朋友處得知楊佳蓉是南京大屠殺的親歷者，家人全部在南京大屠殺中遇難。朋友向王懷民指明楊佳蓉的心意。黃凱華收到妻子再婚的回信，彭雄飛(蘇茂洋 飾)也得到蘇聯(lián)專家全面撤離的消息，兩人心情不佳一起去喝酒。楊佳蓉醒來看見王懷民所做的一切很開心，楊佳蓉隱瞞1949年見過王懷民事實而且鼓勵王懷民去找到自己的志同道合的人。

林安城(寇振海 飾)教授帶來了毛主席說的話我們可以自己試試，蘇聯(lián)人幫忙是好，不幫忙我們也可以。蘇聯(lián)專家撤走之后留給中國人的是更廣闊的舞臺，有更多科學(xué)英雄崛起，并且中國的三個鈾礦廠都即將投入使用，那么中國要自己做原子彈，走出一條自己的原子彈之路，這個消息令眾人熱血沸騰。大家齊聲喊著自力更生，艱苦奮斗的口號，誓要造出中國人自己的原子彈。