1950年，中華人民共和國(guó)成立后第106天，秦子衿和妹妹秦子佩來(lái)到天安門(mén)廣場(chǎng)，她們倆很興奮，秦子衿的身體里還殘留一顆子彈，她耿耿于懷的是位于東交民巷的美國(guó)領(lǐng)事館還有駐軍。與此同時(shí)，李響帶解放軍來(lái)到美國(guó)領(lǐng)事館，領(lǐng)事柯樂(lè)柏硬著頭皮出來(lái)，李響向他宣布了一道驅(qū)逐令，因?yàn)橹忻罌](méi)有建交，他們只是普通美國(guó)公民，不能繼續(xù)住在大使館，柯樂(lè)柏只好乖乖離開(kāi)，秦子衿和秦子佩看到這一幕，心里別提多開(kāi)心了。
身在錢(qián)學(xué)森和郭永懷志同道合，他們倆一心想回國(guó)參加建設(shè)，可美國(guó)政府把錢(qián)學(xué)森的八個(gè)行李箱全部扣押，不許他離開(kāi)住處，隨后，美國(guó)特工又把錢(qián)學(xué)森抓走。天津文工團(tuán)的作曲家王梓來(lái)到北京，親眼目睹了物理學(xué)家鄧稼先回國(guó)，人們夾道歡迎，鄧稼先激動(dòng)萬(wàn)分，帶著大家一起高唱國(guó)歌，王梓在一旁伴奏。
王梓乘坐火車(chē)從北京回天津，他靈感大發(fā)，當(dāng)場(chǎng)寫(xiě)了幾句歌詞。王梓冒著大雨回家，身懷六甲的妻子王慧芬正在家里等他，王梓迫不及待哼唱起來(lái)新寫(xiě)的歌曲，王慧芬突然腹痛難忍，眼看孩子就要出生了，王梓趕忙把她送去醫(yī)院，王慧芬生了一個(gè)女兒，王梓抓緊一切時(shí)間寫(xiě)完那首歌。
王梓在收音機(jī)里聽(tīng)到自己寫(xiě)的那首“歌唱祖國(guó)”，他興奮地跟著一起唱，王慧芬也為他高興，王梓當(dāng)即決定要參加抗美援朝志愿軍，王慧芬也不便阻攔。1955年，李四光和錢(qián)三強(qiáng)在廣西梧州發(fā)現(xiàn)鈾礦石，他們第一時(shí)間來(lái)向毛澤東匯報(bào)，鈾是制造原子彈最重要的原材料，周恩來(lái)建議讓地質(zhì)學(xué)院的學(xué)生們提前畢業(yè)去開(kāi)發(fā)鈾礦。
毛澤東不想再被外國(guó)列強(qiáng)壓迫，讓李四光和錢(qián)三強(qiáng)盡快著手原子彈的開(kāi)發(fā)。秦子佩放棄了保研的名額，主動(dòng)要求參加地質(zhì)隊(duì)，秦子衿在新華社做記者，她來(lái)到火車(chē)站送她，苦苦規(guī)勸她不要放棄保研，可秦子佩覺(jué)得自己的工作更有意義，她想秦子衿保密。
秦子佩和同學(xué)們來(lái)到湖南郴州的大山深處探測(cè)，很快找到鈾礦脈，秦子佩想用這次的成果作為獻(xiàn)給國(guó)慶的禮物，她親自到懸崖峭壁上勘測(cè)，終于發(fā)現(xiàn)了礦脈的中心，她很開(kāi)心，突然腳下一滑摔落山崖。
秦子衿來(lái)為秦子佩送葬，她傷心地痛不欲生，至今不知道秦子佩是做什么工作的，沒(méi)法向老父親交代。秦子佩的父親秦元是火箭專(zhuān)家，他得知秦子佩的死訊，傷心地?zé)o以復(fù)加。錢(qián)學(xué)森向祖國(guó)發(fā)出了求救信，美國(guó)留學(xué)生走上街頭游行示威，強(qiáng)烈要求放錢(qián)學(xué)森夫婦回國(guó)，美國(guó)政府迫于壓力，只好把錢(qián)學(xué)森和蔣英回中國(guó)。
錢(qián)學(xué)森和蔣英終于踏上了回國(guó)的輪船，他們倆站在甲板上百感交集，一起高唱“歌唱祖國(guó)”。錢(qián)學(xué)森一回國(guó)就被請(qǐng)到中央軍委講課，陳賡親自在大門(mén)外迎接他，陳毅和聶榮臻等開(kāi)國(guó)大帥都在場(chǎng)，錢(qián)學(xué)森發(fā)誓要從今天開(kāi)始創(chuàng)造奇跡，成立中國(guó)的火箭軍。
鄧稼先來(lái)找機(jī)械部部長(zhǎng)錢(qián)三強(qiáng)報(bào)到，錢(qián)三強(qiáng)邀請(qǐng)他參加火箭炮的研發(fā)，可從今以后鄧稼先就要從學(xué)術(shù)界消失，不能發(fā)表論文，不能公開(kāi)發(fā)表任何言論，對(duì)親人要保密，而且是無(wú)限期的，鄧稼先愿意遵守這樣嚴(yán)苛的要求。
鄧稼先妻子許鹿希是醫(yī)院的醫(yī)生，她下班匆匆趕回家給孩子們做飯，看到鄧稼先已經(jīng)做好了，還把孩子們哄睡著了，許鹿希大惑不解。鄧稼先拼命討好她，這更讓許鹿希一頭霧水，飯后，鄧稼先把許鹿希叫出來(lái)單聊，他要換工作了，可能會(huì)消失很長(zhǎng)時(shí)間，許鹿希理解他的不得已，也沒(méi)有多問(wèn)，鄧稼先緊緊摟著許鹿希，兩個(gè)人像以前一起哼唱“楊家將”。
