抗美援朝戰爭爆發后，美國政府公開對中國進行核威脅。新中國的最高層清醒地意識到：要打破美國的核威脅，就必須擁有自己的核武器。為此，毛澤東(韓中 飾)與蘇聯領導人赫魯曉夫舉行會談，希望得到蘇聯的幫助。赫魯曉夫表示：愿意幫助中國和平利用原子能。

不久，我國廣西發現了鈾礦石，錢學森(胡亞捷 飾)等一批身在海外的科學家，沖破阻力回到祖國……

1955年，決定國家未來命運的“兩彈”工程正式啟動，掛帥的正是聶榮臻(謝鋼 飾)。

雖然國家正處于創業的艱苦時期，但對于“兩彈”工程來說，最大的難題還不是錢，而是缺乏科技人才。原子彈方面，宋任窮和錢三強(王同輝 飾)一起運籌帷幄、調兵遣將；導彈方面，錢學森卻苦于無人可調。聶榮臻為此專門召集會議，向各大學要人。時任哈爾濱軍事工程學院院長陳賡，將一批技術人才輸送到籌備中的導彈研究院，有些大學卻不肯放人。陳賡為此發了火，還是無濟于事。