钟培林(牛飘 饰)跟着王明山(石兆琪 饰)一起进入沙漠，但是他们遇到的强烈的沙尘暴和飞石，他们被困在沙漠迷失了方向。钟培林因此受伤了，一小队去找水源的战士也失踪了，战士们因为这么艰苦的条件，都很想知道自己执行的是什么任务。王明山和钟培林在经过上级领导同意的情况告诉了战士们实情，当他们知道是为了寻找原子弹引爆点的时候，都很是激动，愿意为国家强大作牺牲，这时出发找水源的小分队也成功找到水源回来了。研究所实行了新的保密政策，他们现在上课都不可以带纸笔，包也要用研究所统一发放的包。彭雄飞(苏茂洋 饰)知道后，吐槽说这样他们岂不是什么都学不到，王怀民(李光洁 饰)就说他们呢可以用脑子，彭雄飞不相信他能够全部都记住，但是黄凯华(朱铁 饰)却说王怀民可以，让彭雄飞无话可说。黄凯华去拿属于自己的保密包的时候被陶志纲(李健 饰)单独留了下来，陶志纲把一封信拿给黄凯华。黄凯华打开一看，是妻子寄给他的离婚的协议，黄凯华知道他和妻子再没有可能了，就爽快签字了。陶志纲见了想要阻止，但黄凯华拒绝了，他很感谢陶志纲的好意，求他暂时不要告诉同志们，陶志纲答应了。黄凯华出去的时候忍不住告诉陶志纲，王怀民之所以在宿舍放留声机是为了纪念妻子何吟薇(徐筠 饰)，留声机是她送个王怀民的礼物，让陶志纲要多了解跟他一起作战的科学家。杨佳蓉(高露 饰)把振理从研究所托儿所接了出来，自己一边上课一边照顾振理。钟心(徐晓璐 饰)主动去男生宿舍的水房帮王怀民洗衣服，被黄凯华他们一起调侃了，这时候王怀民激动地跑出来说他想到了。王怀民说他们之前研究的方向，因为他们之前一直用9号材料做研究，所以没有办法突破两万吨的爆炸量，但是他们可以选用5号材料。虽然用5号材料会有一些新的计算问题，但是他们相信只要苏联这个数据库还在，他们一定能够攻克，说着大家欢呼起来。陶志纲在这时候一脸严肃地进来，说苏联专家要走了。苏联专家不顾大雨连夜撤出了研究所，还把所有带不走的资料都一把火烧了。科学家们不舍得自己几年的研究白费，想要去抢资料，但是被保卫科的人拦住了。陶志纲很无奈的告诉大家他们得到命令是不能够冒犯苏联专家，大家只能够眼睁睁地看着研究数据变成灰烬，王怀民站在雨中望着这一切很是难过。1959年苏共中央给中共中央写信，撤出了苏联在中共的援助，虽然如此但是还是为我们打下了基础。苏联专家撤走之后，大家的变得很迷茫，很多的研究不知道怎么酌收。黄凯华这天对寝室的人说，他想要离开了，他坦白说自己一开始进研究所是想着能够功成名就的，为了这个他的妻子都已经跟他离婚了，但是到了这里才知道他们要做无名英雄，但是为国家无名英雄他也认了，可是现在苏联人走了，他不知道自己还能够做什么，他现在已经妻离子散了。黄凯华说完忍不住哭了，大家听了也都沉默，心中也充满了担忧。第二天黄凯华写了一封电报给妻子，想要跟她复合。陶志纲因为苏联专家撤走去见傅首长，想要劝他留下研究所继续研究原子弹，但是傅首长却说他们现在是困难重重，没有那么容易。王怀民去看杨佳蓉和振理，结果杨佳蓉一见到他就晕倒了，他赶紧把人送到了医院。到了医院之后，刘丽告诉王怀民杨佳蓉发烧严重，已经转成肺炎了。刘丽把杨佳蓉一边学习一边照顾振理的事情告诉的王怀民，想让他明白杨佳蓉对他的心意。但王怀民却故意在闪躲这个话题，刘丽只好告诉了王怀民杨佳蓉的身世，她是南京大屠杀的亲历者，六岁就失去了父母，所以什么都要靠自己。王怀民听了杨佳蓉的身世，很是心疼。另一边，黄凯华收到了妻子的回信，上面写她已经再婚了，让他不要再打扰。彭雄飞刚好过来看到，他也因为学校的苏联教师离开的事情不开心，两人就约着去喝酒。杨佳蓉醒过来，见到王怀民一直在打扫卫生，插花，削苹果，就继续装睡，但是最后还是忍不住睁开眼睛。王怀民很是感谢杨佳蓉对他和振理的照顾，就问她49年是不是真的见过他，杨佳蓉想到之前王怀民就她的一幕，骗他说是假的。林教授来到了研究所，传达了毛主席对于这次苏联专家撤走的事情的看法，鼓励他们自主研究。科学家们听到之后都群青鼓舞，王怀民在墙上画上了自力更生，艰苦奋斗八个字，大家都激动念了起来。