科学家们艰难返回建设祖国 王怀民陷入失去妻子悲痛中
20世纪50年代初期，新中国一直笼罩在美国核威胁的阴影之中，就是在这样的大背景下，中国开始了核武器研究的伟大而又艰巨的征程。留美科学家钟培林教授要带着自己的学术成果回到祖国，女儿钟心劝说父亲不要这样着急，可以等自己的学术结果完成之后再回国，但是钟教授心意已决，科学没有国界但是科学家有国界，新生的祖国还需要更多科学家去建设，没有了祖国自己连名字都会没有的。
钟教授提着箱子秘密与一些留美的教授见面，其中就有一直被监视的林教授，大家正在商量如何离开美国回到祖国的怀抱，美国警察就找上门来逮捕林教授，林教授递给钟教授一张纸条，让他找到方明就能营救自己回国，随后送走了大家，自己一个人去面对前来的美国警察。钟教授等人面对美国海关层层审查，女儿钟心早已和移民局打好关系加入到今天的检查翻译工作，为父亲翻译掩盖了林教授留下的字条，使父亲得以顺利通过海关人员的检查，她和父亲分别时承诺祖国再见，父女二人依依不舍。
王怀民和何吟薇是一对留苏研究物理学的夫妻，苏联为了留住他们，开出了优厚的条件，他们可以让何吟薇和肚子里的孩子加入苏联国籍，受到最好的教育，二人能够马上进入国家科学研究院。以黄凯华为首的其他同学要离开苏联回去支援祖国建设，大家都有些瞧不起准备留下的王怀民夫妇，连招呼都没打就离开了。这些深居海外的中国科学家响应祖国号召，放弃了比较完善的科研环境义无反顾地回到祖国，这其中也包括了王怀民夫妇，他们最终放弃了苏联开出的优越条件而坐上了回国的列车，同学们都好奇王怀民和何吟薇为何要决定回国，已经进入到中国境内，妻子提示王怀民可以了，于是王怀民将深藏在画中的科研数据展示给大家看，大家看到自己精心研究的数据被他们以这种方式带了回来，都很是激动。
激情的岁月海报
王怀民要继续将其余油画上的数据展示给大家，准备用蒸馏装置再制出更多的酒精去擦拭颜料来显露数据，却被解放军陶志纲营长出手制止，他以为这些归国的科学家只是不学无术浪费粮食的文人，与大家一番争执后有些头晕，他意识到自己的老伤可能犯了，于是拿走了那瓶酒并留下了钱。他是受伤从朝鲜战场上下来的，战争的阴影和伤病还深深地影响着他，他只有暂时用酒精来麻醉自己，一下火车后他就被老战友接走，当地第五医院的护士杨佳蓉和同事准备接他回医院治疗，但是陶志纲坚称自己病已经痊愈，可他最终没能拗过杨佳蓉，在她的一番劝说之下乖乖地去了医院。
一路尾随王怀民和何吟薇的特务在下车时伺机抢夺箱子里的资料，特务将何吟薇推到并夺走了箱子，王怀民在何吟薇的催促下拼命地去追特务，陶志纲见状及时出手帮助。被特务推倒的何吟薇面临早产和难产，杨佳蓉在旁边帮忙处置。特务逃跑过程中手持武器伤人，在他即将挎上火车时被陶志纲用枪击中，箱子被夺回了，但是王怀民却因撞击后脑而晕过去了，等他醒来之时与妻子何吟薇已是天人永隔，生下的男孩刚一出生就失去了妈妈。何吟薇临终前再三拜托杨佳蓉要替自己照顾孩子，杨佳蓉为自己没能挽回她的生命而痛哭地答应了她。
王怀民没能从失去妻子的痛苦中走出来，他质问杨佳蓉为何没能挽救自己的妻子，但是杨佳蓉作为一名护士对于产妇大出血的情况也是无能为力，陶志纲训斥王怀民不要把所有的错都怪罪在一个小姑娘身上。王怀民不断地给妻子写信来寄托哀思，表示失去妻子的自己唯有努力工作才能忘记痛苦，以自己一人之躯担负起两个人的理想，幸好儿子振理还有杨佳蓉帮忙照顾，否则他更加手足无措。而陶志纲在观看战斗影片时始终无法忘记战场上牺牲的战友对自己的一声声呼喊，他无法从战场的阴影中摆脱出来，那种痛苦难以名状。
