大家開心地慶祝已經(jīng)成功爆炸一顆小型氫彈，完全可以在法國之前爆炸一顆名副其實(shí)的氫彈，讓太陽的光芒閃耀中國的大地。由于江水寧的身份問題，黃凱華已經(jīng)無法再參與研究工作。氫彈試爆當(dāng)天，王懷民將黃凱華的名字一并寫在工作證上。正在大家等著飛機(jī)投放639的時(shí)候卻突然出現(xiàn)意外，好在備飛預(yù)案啟動(dòng)，在周總理親自安排下聶榮臻親臨現(xiàn)場(chǎng)指揮，中國爆炸了一顆成功的完全屬于自己的氫彈，我國的氫彈研究時(shí)間比世界上任何一個(gè)國家都要短，而這得到了國際的認(rèn)可進(jìn)入世界核武器先進(jìn)國家行列。

一場(chǎng)集體婚禮在基地食堂舉行，王懷民和楊佳蓉、陶志綱和鐘心在同一天結(jié)婚。大家伙高興，由傅首長代表講話，這一路的風(fēng)風(fēng)雨雨幸福來之不易。陶志綱在臺(tái)上大講自己和鐘心的戀愛過程，又許下一輩子的承諾。這個(gè)時(shí)候，公安人員悄悄控制了禮堂，他們告知王懷民，在北京抓獲的一名特務(wù)原名姓楊，確實(shí)為楊佳蓉的二叔，而在他留下的書信中有楊佳蓉明確的通敵證據(jù)，將被逮捕。王懷民不顧個(gè)人的政治前途堅(jiān)持舉行完婚禮，向大家訴說楊佳蓉的故事，自己愛上楊佳蓉的歷程，楊佳蓉一步步成為自己信仰的引領(lǐng)者和最忠實(shí)的伴侶。在傅首長的勸說下，公安人員同意等到婚禮結(jié)束。

婚禮結(jié)束后楊佳蓉就被押走，好不容易有家的振理眼睜睜看著楊佳蓉離開。陶志綱和傅首長還有王懷民都在拼盡全力救楊佳蓉。黃凱華撇清了特務(wù)嫌疑，但是因?yàn)檫^錯(cuò)巨大不能參與接下來的研究也不能離開基地，彭雄飛責(zé)怪黃凱華結(jié)婚太過沖動(dòng)害了自己和楊佳蓉，黃凱華失落賠罪，正要離開時(shí)鐘培林告訴大家自己要去北京出差，帶著核材料去中央面見領(lǐng)導(dǎo)順便幫楊佳蓉和黃凱華求情。

大家好奇鐘教授到底是怎么的留美大人物，原子彈和氫彈已經(jīng)成功爆炸，鐘教授終于可以向大家透露自己到底是誰，鐘心介紹鐘教授就是國際著名的物理學(xué)家，如果沒有放棄原有的研究方向歸國可能早就獲得諾貝爾獎(jiǎng)了，大家都對(duì)他敬佩不已，接著跟大家聊起未來核能戰(zhàn)略方向的問題。鐘教授和女兒告別，他還欠陶志綱一個(gè)道歉約定回來之后再說出。可是誰也沒想到，鐘教授乘坐的飛機(jī)在北京郊外遭遇雷暴天氣失事，鐘教授遺體被發(fā)現(xiàn)時(shí)他與警衛(wèi)員緊緊擁抱在一起保護(hù)了他珍貴重要的文件數(shù)據(jù)。鐘心強(qiáng)忍住悲傷告訴了整個(gè)基地的同志，鐘培林為了國家隱姓埋名，他的信仰、愛、忠誠會(huì)在每個(gè)同志的心里留下烙印，永垂不朽。

1972年，黃凱華因江水寧事件，只能在基地做清潔工，而兒子建國也已經(jīng)不認(rèn)他了。因?yàn)榛刂獾恼螝夂驀?yán)峻，王懷民仍然毫無楊佳蓉的音信。革委會(huì)主任曹芒打算任命彭雄飛成為院長助理，且明確告訴彭雄飛王懷民這樣只專不紅的科學(xué)家不可能再有出頭之日，又進(jìn)一步鼓動(dòng)彭雄飛緊緊地團(tuán)結(jié)在革委會(huì)周圍，這樣才能在科學(xué)史上留下名字。在大會(huì)上，曹芒宣布彭雄飛成為院長助理。鐘心因?yàn)榈诙蜗日仔粤鳟a(chǎn)去省城看病，但是被曹芒點(diǎn)名批評(píng)。鐘心的身體可能不可以再懷上孩子了。

王懷民在會(huì)上提出要搞民用核電研究，把一系列被打倒的曾經(jīng)參與過兩彈的同志重新啟用，但是曹芒完全不認(rèn)同啟用那些有過黑歷史的同志，并且他的思想是擁有了核武器就可以戰(zhàn)勝壓過美蘇，王懷民的觀點(diǎn)與曹芒完全相反，彭雄飛似乎也站在了革委會(huì)一邊。在和曹芒針鋒相對(duì)之后，革委會(huì)中的人提出王懷民是要搞反動(dòng)清算要和人民作對(duì)，王懷民成為批判對(duì)象。常玉婷成為彭雄飛的學(xué)術(shù)助理，奉曹芒的命令卻一直在監(jiān)視彭雄飛。

陶志綱被打倒下放到收發(fā)室工作，因?yàn)樘罩揪V當(dāng)面頂撞曹芒為科學(xué)家們說話，所以被曹芒鼓動(dòng)的反革命打傷接著又報(bào)復(fù)其下放。王懷民從石紅英處得到了楊佳蓉在蘭州一個(gè)農(nóng)場(chǎng)的消息，他不顧路途顛簸，終于和楊佳蓉再次相見。楊佳蓉對(duì)王懷民說自己雖然已經(jīng)撇清了特務(wù)嫌疑只是二叔去世很多事情說不清楚，他們也不放楊佳蓉離開，這兩年里兩人都互相給對(duì)方寫信，可是兩人都從未收到過對(duì)方的來信，雖然見面的時(shí)間很短，但二人十分珍惜在一起的每分每秒。

彭雄飛上下班都有常玉婷跟蹤，基地里，黃凱華叫住了彭雄飛，并遞給了彭雄飛一份研究報(bào)告，這是黃凱華在業(yè)余時(shí)間做的關(guān)于民用核電技術(shù)的研究。因?yàn)橘Y料室和圖書館，黃凱華都無法進(jìn)入，但是他克服了那么多難關(guān)還能寫出如此深入的科學(xué)研究，黃凱華只是想通過自己的努力再為國家做點(diǎn)事，彭雄飛回想著革委會(huì)上曹芒他們對(duì)王懷民、陶志綱的針對(duì)，很多事情他也無能為力，彭雄飛承諾一定會(huì)把材料遞交至學(xué)術(shù)委員會(huì)，也一定會(huì)幫大家平反。別人都說彭雄飛當(dāng)官之后就變了，可是黃凱華不相信，彭雄飛坐上這個(gè)位子不是為了自己，也是有很多理想要去實(shí)現(xiàn)的。

鐘心被拉去集中批斗會(huì)，他們被拒絕參加學(xué)術(shù)會(huì)議，彭雄飛替他們說話也被曹芒以反革命反駁，這讓一個(gè)好好的學(xué)術(shù)研討會(huì)人員參差不齊。彭雄飛要在會(huì)上分發(fā)黃凱華的學(xué)術(shù)報(bào)告進(jìn)行討論，可是得知常玉婷卻表示自己無法分發(fā)。王懷民依依不舍地離開蘭州農(nóng)場(chǎng)離開楊佳蓉，楊佳蓉在書中給王懷民留下一段鼓勵(lì)其繼續(xù)研究民用核電的話語讓王懷民倍感珍惜。黃凱華在打掃衛(wèi)生時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的研究報(bào)告被扔在垃圾桶內(nèi)以為彭雄飛違背承諾，失望傷心無力的情緒涌上心頭。原來是常玉婷自作主張丟棄了黃凱華的報(bào)告，彭雄飛無法為朋友和核電事業(yè)作出努力，他深感茫然無力。

陸大海申請(qǐng)調(diào)回北京可以和方小云結(jié)婚，可是聯(lián)系方小云時(shí)卻被無情的拒絕。黃凱華去監(jiān)獄看望江水寧，江水寧拒絕與黃凱華進(jìn)行探視，因?yàn)楹妥约旱年P(guān)系已經(jīng)把黃凱華影響得夠深了，黃凱華多年來也只要一個(gè)答案，江水寧有沒有真的愛過自己，江水寧說出了自己的真實(shí)感受，即使一開始是因?yàn)樘貏?wù)任務(wù)接近黃凱華，但是在慢慢的相處中敬佩愛慕黃凱華，在集體中感受到家人的溫暖，自己也常常幻想可以不做特務(wù)就平靜幸福地在這樣的日子中生活下去，但是現(xiàn)實(shí)擊碎了她的幻想。黃凱華也要隱瞞自己的處境，但是江水寧從他的衣著細(xì)節(jié)中發(fā)覺其處境的艱難。

工廠倉庫外，失魂落魄的陸大海遇到了正在吃力整理箱子的方小云，這才知道方小云是因?yàn)楦赣H被人污蔑成走資派而打倒，怕連累陸大海才提出分手，陸大海不管方小云是什么自己都會(huì)保護(hù)她。與黃凱華見完面之后，為了能讓黃凱華不再受自己牽連，江水寧在監(jiān)獄自盡，留下一封信件交與黃凱華，信中表達(dá)了對(duì)黃凱華滿滿的歉意和真真切切的愛，希望黃凱華迎著陽光、堅(jiān)持自己的研究帶著自己的期望好好活下去，黃凱華回憶起二人曾經(jīng)相處的美好時(shí)光失聲痛哭。

王懷民回基地時(shí)看見陶志綱在鐘心的指導(dǎo)下練習(xí)英語，兩人都急切地想要知道楊佳蓉的近況，恰好碰見振理跟著一群反革命不懂事理的孩子，王懷民把楊佳蓉送給振理的鞋子、書和信交給振理，振理已經(jīng)完全脫離學(xué)校他被誤導(dǎo)想要靠拳頭打出一片天地，王懷民不希望看到這樣一個(gè)振理，他慢慢地平靜地給振理講解道理，這個(gè)世界的規(guī)則一直在變只有未來是掌握在振理自己手里的，就像振理的“小羊媽媽”一路走來遇見過多少磨難但是從未放棄過自己，振理被感化漸漸意識(shí)到自己的問題。常玉婷給彭雄飛收拾書桌的時(shí)候隨便翻動(dòng)其資料，彭雄飛根本不在乎當(dāng)官，只是想好好科研。

楊佳蓉徹底沒事就基地上班了，鐘心終于懷上了寶寶而且已經(jīng)四個(gè)月了，她總是擔(dān)心寶寶不夠健康，楊佳蓉幫她診斷孩子很健康，王懷民得到她回來的消息著急地趕去見面，但是方小云突然跑出來大喊著火，車間電路老化造成的，但是車間著火不是小問題因?yàn)榇嬗锈櫱蛎颍坏┍ň蜁?huì)造成核輻射擴(kuò)散影響到整個(gè)基地的同志。王懷民和陶志綱分別穿上防化服去尋找鈾球。楊佳蓉趕到車間要求進(jìn)入幫助一起尋找鈾球，可是被工作人員阻攔在外。

王懷民帶著鈾球走出車間，楊佳蓉不顧輻射抱住了王懷民，幸虧全面檢測(cè)過后王懷民由于吸入輻射時(shí)間不長沒有大礙，倒是讓陶志綱和鐘心好一通擔(dān)心。巴圖已經(jīng)成為連長開心地回基地找陶志綱報(bào)道，傅首長安排巴圖回到基地全面接收基地保衛(wèi)安全，這是巴圖放棄了去北京警衛(wèi)任職的機(jī)會(huì)換來的，巴圖為了完成父親老格勒的心愿保護(hù)科學(xué)家們。巴圖開始了和曹芒等人的斗爭，傅首長帶著巴圖的部隊(duì)進(jìn)入團(tuán)團(tuán)圍住了曹芒等人，直接訓(xùn)斥曹芒不顧西部軍事基地的安全守則調(diào)走所有工作人員，此事已經(jīng)傳至中央由病榻上的周總理親自下令調(diào)查所有涉事人員，曹芒是絕對(duì)無法逃脫的，曹芒面對(duì)傅首長依然嘴硬，他根本做不到為了國家和人民犧牲自己，在他心里毫無信仰必須接受審查回爐重造。

轉(zhuǎn)眼到了1977年，振理和建國參加高考逃跑被陶志綱壓著去考場(chǎng)，佳蓉則和鐘心一起去參加會(huì)議，鐘心要做中子彈研究，而佳蓉卻是做中子彈防護(hù)，倆人討論彼此的研究要比翼雙飛。黃凱華正在做研究，這時(shí)華東所的總工趕到，黃凱華看到來人震驚。傅首長叫來王懷民，原來傅首長要離休回北京了，傅首長告訴王懷民國家正在撥亂反正，問王懷民有沒有什么要跟上級(jí)說的，王懷民表示自己希望國家給他們核電事業(yè)給與更大的支持，傅首長很明確地告知王懷民國家現(xiàn)在正要搞現(xiàn)代化建設(shè)，全力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，核電建設(shè)指日可待。王懷民同時(shí)希望傅首長在明年的全國科學(xué)大會(huì)上為各位女科學(xué)家多申請(qǐng)些名額，傅首長同意。

彩蘭鐘心和佳蓉一起包餃子，彩蘭叫雄飛剝蒜，雄飛因?yàn)楦◤棿蛄税胼呑咏坏溃浜懿缓酶韭牪坏剑蠹艺{(diào)侃雄飛。這時(shí)懷民和傅首長也一起來，傅首長也要參加包餃子，大家正開心的時(shí)候想起黃凱華怎么還不來，正念叨著黃凱華剛好過來，還帶來一個(gè)人，原來是丁向軍，他這次來就是來發(fā)展核電工業(yè)的，丁向軍告訴大家，自己以前就是想做驚天動(dòng)地的事，但不想做隱姓埋名的人，自己當(dāng)初看錯(cuò)了很多的人和事，還差點(diǎn)讓國家的核事業(yè)遭受損失，但自己終于又回到這里，自己太高興了。王懷民感嘆他們四大才子終于聚齊了，傅首長告訴大家當(dāng)初離開的葉昆明也一直在做檢討希望能回到核事業(yè)中的大家庭中，已經(jīng)被批準(zhǔn)。

陶志綱舉杯告訴大家第一杯酒就敬給成格勒和鐘教授，大家開懷一起唱歌。彩蘭問佳蓉王懷民的病怎么樣了，佳蓉難過的說懷民一直覺得浪費(fèi)太多時(shí)間，要努力把工作趕上。彩蘭囑咐佳蓉一定要領(lǐng)王懷民去醫(yī)院看看，石大夫告訴佳蓉王懷民的時(shí)間最多只有半年了，佳蓉很是難受傷感，石大夫讓佳蓉勸勸懷民，早點(diǎn)接受治療好好休息，佳蓉告訴石大夫他不可能好好休息的，他要把所有精力獻(xiàn)給中國的核事業(yè)。

病榻之上，王懷民還是在堅(jiān)持工作，佳蓉默默的陪伴他。王懷民為佳蓉做了一套新衣服，原來佳蓉明天要去參加頒獎(jiǎng)大會(huì)，佳蓉讓王懷民幫自己戴上當(dāng)初他為自己做的蝴蝶胸針，王懷民直夸好看和佳蓉一起拍照留念。1999年佳蓉到夫妻樹下告訴懷民他們現(xiàn)在都很好，盛世如他所愿。