1950年，秦子衿和妹妹秦子佩來(lái)到了天安門廣場(chǎng)，她們倆都非常興奮，秦子衿的身體里還殘留一顆子彈，她耿耿于懷的是位于東交民巷的美國(guó)領(lǐng)事館還有駐軍。與此同時(shí)，李響帶解放軍來(lái)到美國(guó)領(lǐng)事館，領(lǐng)事柯樂(lè)柏硬著頭皮走了出來(lái)，李響向他宣布了一道驅(qū)逐令，因?yàn)橹忻啦](méi)有建交，他們只是普通美國(guó)公民，不能繼續(xù)住在大使館里，柯樂(lè)柏只好乖乖離開，秦子衿和秦子佩看到這一幕后開心不已。

身在美國(guó)的錢學(xué)森和郭永懷志同道合，他們一心想回國(guó)參加新中國(guó)建設(shè)，可美國(guó)政府把錢學(xué)森的八個(gè)行李箱全部扣押，不許他離開住處，隨后，美國(guó)特工又把錢學(xué)森抓走。天津文工團(tuán)的作曲家王梓來(lái)到北京，親眼目睹了物理學(xué)家鄧稼先回國(guó)，人們夾道歡迎，鄧稼先激動(dòng)萬(wàn)分，帶著大家一起高唱國(guó)歌，王梓在一旁進(jìn)行伴奏。王梓乘坐火車從北京返回天津，突然靈感大發(fā)，當(dāng)場(chǎng)寫下了幾句歌詞，等他冒著大雨回到家后，身懷六甲的妻子王慧芬正在家里等他，王梓迫不及待哼唱起來(lái)新寫的歌曲，王慧芬突然腹痛難忍，眼看孩子就要出生了，王梓趕忙把她送去醫(yī)院，王慧芬生了一個(gè)女兒，王梓則抓緊一切時(shí)間寫完了那首歌。

王梓在收音機(jī)里聽(tīng)到了自己所寫的那首“歌唱祖國(guó)”，他興奮得跟著一起合唱，妻子王慧芬也為他高興，王梓當(dāng)即決定要參加抗美援朝志愿軍，王慧芬也沒(méi)有阻攔。1955年，李四光和錢三強(qiáng)在廣西梧州發(fā)現(xiàn)了鈾礦石，他們第一時(shí)間來(lái)向毛澤東匯報(bào)，鈾是制造原子彈最重要的原材料，周恩來(lái)建議讓地質(zhì)學(xué)院的學(xué)生們提前畢業(yè)去開發(fā)鈾礦。毛澤東不想再被外國(guó)列強(qiáng)壓迫，讓李四光和錢三強(qiáng)盡快著手原子彈的開發(fā)。

秦子佩放棄了保研的名額，主動(dòng)要求參加地質(zhì)隊(duì)，秦子衿在新華社做記者，她來(lái)到火車站苦苦規(guī)勸她不要放棄保研，可秦子佩覺(jué)得自己的工作更有意義，她讓秦子衿替自己保密。秦子佩和同學(xué)們來(lái)到湖南郴州的大山深處探測(cè)，很快找到了鈾礦脈，秦子佩想用這次的成果作為獻(xiàn)給國(guó)慶的禮物，她親自到懸崖峭壁上勘測(cè)，終于發(fā)現(xiàn)了礦脈的中心，這讓她開心不已，卻突然腳下一滑摔落了山崖。秦子衿來(lái)為秦子佩送葬，她傷心得痛不欲生，至今她仍不知道秦子佩是做什么工作的，沒(méi)法向老父親交代。秦子佩的父親秦元是火箭專家，他得知秦子佩的死訊后非常難過(guò)。

錢學(xué)森向祖國(guó)發(fā)出了求救信，美國(guó)留學(xué)生走上街頭游行示威，強(qiáng)烈要求美國(guó)政府放錢學(xué)森夫婦回國(guó)，美國(guó)政府迫于壓力，只好把錢學(xué)森和蔣英送回了中國(guó)。錢學(xué)森和蔣英終于踏上了回國(guó)的輪船，他們倆站在甲板上百感交集，一起高唱“歌唱祖國(guó)”。錢學(xué)森一回國(guó)就被請(qǐng)到中央軍委講課，陳賡親自在大門外迎接他，陳毅和聶榮臻等開國(guó)大帥都在場(chǎng)，錢學(xué)森發(fā)誓要從今天開始創(chuàng)造奇跡，成立中國(guó)的火箭軍。

鄧稼先來(lái)找機(jī)械部部長(zhǎng)錢三強(qiáng)報(bào)到，錢三強(qiáng)邀請(qǐng)他參加火箭炮的研發(fā)，可從今以后鄧稼先就要從學(xué)術(shù)界消失，不能發(fā)表論文，不能公開發(fā)表任何言論，對(duì)親人要保密，而且是無(wú)限期的，鄧稼先愿意遵守這樣嚴(yán)苛的要求。鄧稼先妻子許鹿希是醫(yī)院的醫(yī)生，她下班匆匆趕回家給孩子們做飯，看到鄧稼先已經(jīng)做好了，還把孩子們哄睡著了，許鹿希大惑不解，鄧稼先拼命討好妻子，這更讓許鹿希一頭霧水，飯后，鄧稼先把許鹿希單獨(dú)叫了出來(lái)，他說(shuō)自己要換工作了，可能會(huì)消失很長(zhǎng)時(shí)間，許鹿希理解他的不得已，也沒(méi)有多問(wèn)，鄧稼先緊緊摟著許鹿希，那種心情難以名狀。