郭永怀等人为两弹鞠躬尽瘁
焦裕禄病情恶化，因医治无效死亡，年仅42岁，临死前他还放心不下兰考治沙防沙的情况。二十万科研人员整整忙了九年的时间，终于完成了原子弹核心部分，只剩下铀球最后三刀，邓稼先亲自送全副武装的技术工人原公浦进入基地车间，秦子衿想进去拍摄全过程，邓稼先不同意，担心辐射导致她不孕不育，秦子衿只好在外面等。
秦子衿苦等了二十分钟，邓稼先和原公浦手拉手从实验室出来，他们俩终于完成了最后三刀，秦子衿拍下这珍贵的一幕。李响主动报名做第一次核爆安全员的工作，秦子衿也要跟着飞机去执行任务，他们俩惺惺相惜。
聂荣臻陪周恩来观看核爆试验，周恩来看出他很紧张，聂荣臻深知这次核爆的意义，所有技术人员整整忙了十年之久，还有三百个人为之牺牲，他不敢掉以轻心，周恩来当即决定原子弹起爆时间定在10月16日下午三点，聂荣臻马上去安排。
钱三强打电话向周恩来汇报，邓稼先母亲生命垂危，周恩来让他安排最好的医生和医院进行救治，让许鹿希决定让不让邓稼先回来看最后一眼。钱三强征求许鹿希的意见，许鹿希也想让邓稼先回来，可是至今还没有研究出成果，她替邓稼先不甘心。
1964年10月16日，今天是原子弹起爆的日子，新疆罗布泊核试验基地空气中都多了几分紧张气氛，张觉特意让炊事班准备了肉包子，可专家和战士们都吃不下，张觉亲自给郭永怀和邓稼先送来包子。正好周恩来打电话到基地，特意转达了毛泽东对大家的问候，他们俩在北京关注着原子弹的起爆情况，预祝实验成功，郭永怀和邓稼先顿时信心百倍。
下午三点，原子弹成功起爆，李响带着战士们去核心地区采样，机组成员多次申请穿越蘑菇云，成功采集了样本，经过专家分析，中国第一枚原子弹成功起爆，在场所有人都欢呼雀跃，邓稼先和郭永怀激动地紧紧拥抱，他们终于可以回家看父母孩子了。
邓稼先得知母亲病重的消息，第一时间赶回北京，看到人们走上街头庆祝原子弹研制成功，邓稼先疾步如飞来到医院。许鹿希看到报纸上原子弹爆炸新闻，迫不及待拿给婆婆看，婆婆激动地老泪纵横，她不知道邓稼先六年来一直在研制原子弹，不停地替邓稼先可惜，遗憾他没有参加原子弹的研制工作。邓稼先急匆匆赶到医院，他紧握母亲的双手，母亲已经奄奄一息。
许鹿希来找钱三强，想让邓稼先如实向母亲说明实情，了却老人的心愿，钱三强立刻打电话向周恩来汇报，周恩来特批邓稼先把这个秘密说出来，邓稼先一五一十向母亲说明实情，母亲含笑九泉。
邓稼先安葬了母亲，许鹿希很委屈，她苦苦恳求邓稼先说明实情，邓稼先不能说，只是向她深深鞠躬，然后默默关上家门离开了。李响去医院体检，医生从他的尿液和血液中都查出放射元素，秦子衿的身体里也查出少量的放射元素，她约李响来孔雀河边详谈。
秦子衿一见面就向李响表明决心，她要在基地干一辈子，担心身体里的放射物质不能生孩子，她不想耽误李响，李响当即决定和她结婚，发誓保护她一辈子，秦子衿激动万分，拿出结婚申请书，李响也拿出自己那一份，两个人相视一笑。
1967年6月17日，中国的第一枚氢弹爆炸成功，邓稼先和郭永怀一起喝酒庆祝，他们都因为受辐射影响有不同程度的掉发现象，两个人惺惺相惜。随后，邓稼先去内蒙看在那里插队的女儿典典，父女俩久别重逢，激动之情溢于言表，邓稼先给典典送来几罐肉罐头，典典担心以后吃不到会更难受，也不想搞特殊化，以免影响父母，让邓稼先把罐头带回去给妈妈和弟弟，邓稼先深感欣慰。典典发誓要像邓稼先那样优秀，邓稼先给她拿来一本英语书，首先教她学会祖国这个单词。陆舫东抓紧一切时间学习英语，结果不小心把运电缆的车侧翻，郭永怀让战士们检查一下电缆，向司令申请让陆舫东给他当助手，陆舫东自然求之不得。
钱学森求贤若渴，从全国各地找来了卫星相关专业的十八位研究员，孙家栋很开心，鼓励大家只争朝夕，再次创造奇迹。郭永怀收到在内蒙古插队的女儿郭芹的来信，郭芹要买一双鞋子，郭永怀就去商场买鞋，可他不知道郭芹的尺码，就给自己买了一双翻毛皮鞋。妻子李佩给他准备了大衣，郭永怀很纳闷，李佩不问他接下来去哪里工作，可心里有数，答应会一直等他回来，郭永怀踏上了去青海的征途。
1968年12月5日，青海热核基地狂风大作，伸手不见五指，郭永怀要带陆舫东去北京汇报热核试验的结果，为了节省时间，他们俩乘坐飞机，半路飞机失事，郭永怀在这次空难中不幸身亡。
