中蘇關系破裂以后，一定程度上影響到了新中國的建設，蘇聯專家從遼寧鞍鋼撤離，不但拿走了他們的資料，還把鞍鋼工人多年積累的技術資料也一起拉走了，工人們非常生氣，副廠長(范雷 飾)鼓勵大家從頭再來，工人們跟著他一起高喊“百煉成鋼”，中國人民是嚇不倒的。

1959年到1960年，全國大部分地區遭遇前所未有的自然災害，糧食顆粒無收，核驗基地時常斷糧，戰士們寧可餓肚子，把省下來的糧食分給科學家和技術人員，司令張覺和李響(李麟 飾)都心急如焚。張覺主動把自己的口糧讓出來，副所長郭永懷(李乃文 飾)苦苦規勸也無濟于事，張覺就想早一天完成基地建設的任務，郭永懷保證會準時竣工。由于糧食短缺，張覺只好讓科學家和技術人員先放假回家，郭永懷回家看到女兒芹兒鬧著不吃窩頭，賭氣地扔在了地上，郭永懷狠狠地教訓了她一頓，給她講起基地戰士沒有飯吃還繼續干活，妻子李佩趕忙過去哄芹兒。張覺走投無路，只好來病房找副總理聶榮臻(曹克難 飾)乞討，聶榮臻了解了基地的現狀，立刻打電話給北京軍區，向他們募捐了一批糧食。陳毅(李博 飾)來看聶榮臻，得知基地的科學家們在挨餓，他趕忙給海軍司令員打電話，以個人的名義向司令要了一些海帶和魚干，張覺連連鞠躬向他們倆表示感謝，笑稱自己是最高級別的叫花子。

國防部第五研究所所長錢學森(郭曉東 飾)親自來請郭永懷參與原子彈爆炸環節的設計，郭永懷不想生產殺傷力這么強的武器，錢學森苦口婆心勸他，明確講明對待外國列強就得以牙還牙，否則只會被動挨打，郭永懷答應好好想一想，錢學森送給他一張第二十六屆世乒賽的門票。中國男子乒乓球隊不負眾望戰勝日本隊，獲得這一屆世乒賽的冠軍，郭永懷看完這場比賽，他深深感受到利劍出鞘的痛快，迫不及待打電話向錢學森匯報自己的感受，要求加入原子彈爆炸環節的設計。錢學森一直守在電話旁，終于等到郭永懷的電話，他激動連連稱好，李佩無意中發現郭永懷沒在原單位上班，心里大惑不解，郭永懷不能說明實情，只能找借口掩飾過去。

焦裕祿(張新成 飾)是河南第二機械廠的技術科長，他看到工人們吃不飽飯，就向廠里寫申請，卻遲遲得不到批復，焦裕祿心急如焚，因舊病復發暈倒在地。之后不久，焦裕祿被抽調到農村，他毫無怨言，廠長逼他把病治好了再去。聶榮臻病愈出院以后，他第一時間去“東風”號火箭發射基地慰問秦品元，為之前政審的事向他賠禮道歉，秦品元很感動，沒想到聶榮臻還記得這些小事，聶榮臻鼓勵秦品元大膽做實驗，愿做他堅強后盾，錢學森和秦品元一起在申請書簽名。“東風”一號火箭順利升空，在場所有人都歡呼雀躍，聶榮臻激動地熱淚盈眶，對錢學森和秦品元寄予厚望，希望他們三發三中。經過基地所有技術人員的不懈努力，終于實現了三發三中，毛澤東(王雷 飾)收到這個消息，他激動萬分，迫不及待和周恩來(夏德俊 飾)一起分享成功的喜悅。

李響帶領戰士們加班加點干活，秦子衿(佟麗婭 飾)聽說他們偷工減料，把技術員都氣跑了，就來工地拍照取證，秦子衿發現戰士們用孔雀河的鹽堿水和混凝土，就去找李響理論，李響連連解釋附近只有孔雀河，戰士們都吃這鹽堿水，如果要用清水，就得去200里地以外，秦子衿不依不饒，逼他盡快停工，李響一氣之下扛起她就走，張覺聞訊趕來，狠狠教訓了李響，鄧稼先來匯報施工質量的問題，建議把建好的部分炸毀，還要把那些戰士們給換掉，這讓張覺很是為難。