中苏关系破裂以后，一定程度上影响到了新中国的建设，苏联专家从辽宁鞍钢撤离，不但拿走了他们的资料，还把鞍钢工人多年积累的技术资料也一起拉走了，工人们非常生气，副厂长(范雷 饰)鼓励大家从头再来，工人们跟着他一起高喊“百炼成钢”，中国人民是吓不倒的。
1959年到1960年，全国大部分地区遭遇前所未有的自然灾害，粮食颗粒无收，核验基地时常断粮，战士们宁可饿肚子，把省下来的粮食分给科学家和技术人员，司令张觉和李响(李麟 饰)都心急如焚。张觉主动把自己的口粮让出来，副所长郭永怀(李乃文 饰)苦苦规劝也无济于事，张觉就想早一天完成基地建设的任务，郭永怀保证会准时竣工。由于粮食短缺，张觉只好让科学家和技术人员先放假回家，郭永怀回家看到女儿芹儿闹着不吃窝头，赌气地扔在了地上，郭永怀狠狠地教训了她一顿，给她讲起基地战士没有饭吃还继续干活，妻子李佩赶忙过去哄芹儿。张觉走投无路，只好来病房找副总理聂荣臻(曹克难 饰)乞讨，聂荣臻了解了基地的现状，立刻打电话给北京军区，向他们募捐了一批粮食。陈毅(李博 饰)来看聂荣臻，得知基地的科学家们在挨饿，他赶忙给海军司令员打电话，以个人的名义向司令要了一些海带和鱼干，张觉连连鞠躬向他们俩表示感谢，笑称自己是最高级别的叫花子。
国防部第五研究所所长钱学森(郭晓东 饰)亲自来请郭永怀参与原子弹爆炸环节的设计，郭永怀不想生产杀伤力这么强的武器，钱学森苦口婆心劝他，明确讲明对待外国列强就得以牙还牙，否则只会被动挨打，郭永怀答应好好想一想，钱学森送给他一张第二十六届世乒赛的门票。中国男子乒乓球队不负众望战胜日本队，获得这一届世乒赛的冠军，郭永怀看完这场比赛，他深深感受到利剑出鞘的痛快，迫不及待打电话向钱学森汇报自己的感受，要求加入原子弹爆炸环节的设计。钱学森一直守在电话旁，终于等到郭永怀的电话，他激动连连称好，李佩无意中发现郭永怀没在原单位上班，心里大惑不解，郭永怀不能说明实情，只能找借口掩饰过去。
焦裕禄(张新成 饰)是河南第二机械厂的技术科长，他看到工人们吃不饱饭，就向厂里写申请，却迟迟得不到批复，焦裕禄心急如焚，因旧病复发晕倒在地。之后不久，焦裕禄被抽调到农村，他毫无怨言，厂长逼他把病治好了再去。聂荣臻病愈出院以后，他第一时间去“东风”号火箭发射基地慰问秦品元，为之前政审的事向他赔礼道歉，秦品元很感动，没想到聂荣臻还记得这些小事，聂荣臻鼓励秦品元大胆做实验，愿做他坚强后盾，钱学森和秦品元一起在申请书签名。“东风”一号火箭顺利升空，在场所有人都欢呼雀跃，聂荣臻激动地热泪盈眶，对钱学森和秦品元寄予厚望，希望他们三发三中。经过基地所有技术人员的不懈努力，终于实现了三发三中，毛泽东(王雷 饰)收到这个消息，他激动万分，迫不及待和周恩来(夏德俊 饰)一起分享成功的喜悦。
李响带领战士们加班加点干活，秦子衿(佟丽娅 饰)听说他们偷工减料，把技术员都气跑了，就来工地拍照取证，秦子衿发现战士们用孔雀河的盐碱水和混凝土，就去找李响理论，李响连连解释附近只有孔雀河，战士们都吃这盐碱水，如果要用清水，就得去200里地以外，秦子衿不依不饶，逼他尽快停工，李响一气之下扛起她就走，张觉闻讯赶来，狠狠教训了李响，邓稼先来汇报施工质量的问题，建议把建好的部分炸毁，还要把那些战士们给换掉，这让张觉很是为难。