1937年，抗日戰爭全面爆發，北京，天津等地相繼陷落。一年后，國內的愛國知識份子紛紛投身到抗日洪流中。物理學專家熊大縝(張藝興 飾)即將出國留學，臨走之前，熊大縝去見一個叫陳廣的共產黨員。陳廣發現周圍出現了特務，于是沒有讓熊大縝靠近，而是示意熊大縝止步。熊大縝并沒有感覺到潛在的危險，當他想向陳廣打招呼的時候，陳廣忽然掏出手槍，對準周圍的便衣開槍。槍聲驚嚇到了來往的行人，許多行人發出尖叫聲，抱頭鼠竄。熊大縝在混亂中藏到了一輛汽車旁邊，陳廣跟幾個特務槍戰，接連打死打傷幾個特務。一支日軍小分隊趕了過來，日軍士兵端起步槍向陳廣射擊。陳廣打光了子彈，向日軍扔擲手雷。手雷落到日軍們身邊，但并沒有爆炸。日軍們趁機開槍打死了陳廣，熊大縝藏在汽車外面，心如刀割，流下了悲憤的淚水。日軍隊長(嚴屹寬 飾)走到手雷旁邊，若無其事抬腿踢走了手雷。八路軍缺少軍工人才，研制出來的手雷不但威力小，而且還經常啞火。日本人把八路軍的手雷當成玩具。熊大縝為犧牲的陳廣心痛，向葉老師提出取消出國計劃。葉老師極其看重熊大縝，他提醒熊大縝應該出國深造，往更高層次發展，而不是留在國內死磕炸藥。熊大縝不認同葉老師的觀點，國難當頭，日軍在中華大地橫行霸道，凡是有血性的國民，都應該為國家貢獻抗日力量。熊大縝決定教八路軍造炸藥，他本來要跟女友宜茗快結婚了，但他最后還是選擇了保家衛國。宜茗跟熊大縝合影一張，倆人約定倆年后見面。時間一到，如果熊大縝不赴約，宜茗就搬家。熊大縝放下兒女情長，在好友王德熙的陪同下在八路軍部隊傳授炸藥知識。在熊大縝的指導下，八路軍士兵們對炸藥有了一定的認識。制造炸藥需要從莊稼里面提練，八路軍部隊大量收購莊稼，引起了日本人注意。莊稼銷量開始被日本人控制，八路軍部隊無法大量收購莊稼，研制炸藥進度遇阻。熊大縝想到了新的辦法，但新辦法需要更難找的原材料。熊大縝離開部隊，幾經輾轉，終于找到了原材料。他不負大家期待，成功研發出了威力大的炸藥。任務已經完成，倆年后，熊大縝收拾行李，前往宜茗住處。他來到宜茗家的時候已經是晚上，一個賣煙的少年透露宜茗已經搬家了。熊大縝未能見到宜茗，他沒有出國，也沒有去找宜茗，而是回到了部隊里面。部隊的老師正在教士兵們識字，熊大縝聽著士兵們識字讀書的聲音，臉上露出欣慰的笑容。