1938年，这时候孙家栋还只是个孩提，却已经有了远大的梦想。那年冬天雪下得很大，一辆国际列车穿越中苏边境驶入满洲里火车站，只有少数人知道这间列车里载着一件不一样的礼物。1958年，孙家栋从梦中醒来。他时常梦见去满洲里接导弹的场景，这次还真的看见了，就跟看到初恋的感觉一样。陈主任交给了孙家栋一件任务，他去苏联留过学，苏联专家缺一个过硬的翻译，所以陈主任推荐了孙家栋。孙家栋要给苏联导弹专家盖杜柯夫做翻译，听到这个名字他已经跃跃欲试。
孙家栋去给盖杜柯夫做翻译，他为人挑剔已经换了好几个翻译，大家都很担心孙家栋行不行。孙家栋的表现很出色，他专业知识过硬，还指出了盖杜柯夫的错误，盖杜柯夫非但没有生气，还认可了孙家栋，原来这是他的考验，孙家栋被留了下来做盖杜柯夫的专职翻译。一日，战士们突然集合，孙家栋也在其中。他第一次见到了真正的导弹，情绪十分激动。盖杜柯夫来这里给大家上课讲解这颗导弹，听到可以打击一万公里以外的目标，大家十分不敢相信。孙家栋偶然见到老相识安德烈热情打招呼，安德烈却完全不理会。
1960年。今天的课突然取消了，后边的课也全部取消了，孙家栋一脸纳闷，不明白究竟是为什么。孙家栋去见了盖杜柯夫，安德烈拒绝道他身体不舒服，并将他拒之门外。孙家栋很是不能理解为什么这么做，所以兜了一大圈子去见了盖杜柯夫。盖杜柯夫坦白两国出现了一些问题，苏联专家会全部撤走，他很欣赏孙家栋，还想带他去苏联继续导弹任务，但孙家栋却拒绝了，他在苏联留学是因为要学习知识报效祖国，他没有理由离开这片土地。盖杜柯夫被打动，让孙家栋带着同事来，他会在离开前把所有的知识都教给他们。
苏联专家离开这一天为他们举办了回国仪式，盖杜柯夫留了一份礼物给孙家栋，他走后就有人交给孙家栋。安德烈却挑衅孙家栋，他们不可能造出真正的导弹。孙家栋想到了1956年，苏联母校为他授予大林奖章的那个时刻，如今看着这枚奖章，孙家栋内心十分复杂。安德烈没争到这块奖章，所以才一直记恨孙家栋，孙家栋也不骄傲，什么时候拿了自己国家的勋章才是真本事。盖杜柯夫留下了一张图纸，不过缺少了最关键的一部分，但陈主任不想半途而废，再难也要继续做下去。
孙家栋常常在图书馆学习到深夜，一天晚上被钱学森钱院长发现了。二人都被锁在了图书馆里，钱学森阻止了孙家栋跳下去，还记得他的名字，让他所说最近工作的困难。孙家栋坦白苏联专家走后留下了很多难题，钱学森给了他一个解决办法，用反设计，也许就能造自己的导弹了。钱学森坚信，未来世界甚至是在太空的。
孙家栋连忙找来同事们连夜计算，终于找到了解决问题的办法，补上了两页图纸，陈主任十分欣慰，并且宣布国产燃料已经合格，现在万事俱备只欠东风。在孙家栋等人的共同努力下，导弹研发成功并成功发射。同事给了孙家栋一张照片让他去相亲，孙家栋一开始拒绝说没有时间，可看到照片那一刻却愣住了。孙家栋和魏素萍的相遇，是二人各自拿着一份报纸，却张望着手中照片上的相亲对象。魏素萍率先找到了孙家栋，落落大方地和他一起逛街。这段时间孙家栋和魏素萍通了几十封信，魏素萍追着孙家栋问他们的事情看法，孙家栋自然十分满意，魏素萍也是。于是，二人结婚了，在同事朋友的见证下办了一个简单却隆重的婚礼。
