西部基地。李彩兰顶着高温从河床里采集河泥运到菜地里，一路上还不忘采摘地上的野菜。彭雄飞看到她满头大汗的样子，本想帮她挑着担子，结果羞愧的发现自己竟然一下子挑不起两筐河泥。恼羞成怒的他一边责怪李彩兰没有一点女人样子，一边摇摇晃晃地将河泥挑到了菜地里。李彩兰看着彭雄飞逞强的样子，脸上不由得露出了笑容。

为了独立突破原子弹技术，加速我国原子能工业的建设，中共中央再次做出批示，从全国有关部门抽调精英骨干、医务干部、行政干部等人才来到西部基地支援。

陶志纲跟老格勒带着一队战士在基地附近巡逻时，向他们讲述了自己在内蒙家乡时的点点滴滴。就在这时，众人发现了一个羊群。长期忍受饥饿的战士们迫不及待的想要开枪打死几头羊改善伙食却被陶志纲拦下，原来这个羊群竟然是珍贵的黄羊。

在请示了上级领导之后，傅正川将军为了保证科研人员的健康，还是下令让陶志纲在保证黄羊群可以延续的情况下猎捕。傅正川还向陶志纲强调，猎捕黄羊是他自己下的命令，如果有事他会一力承担。陶志纲庄严地敬了一个军礼，称自己愿意陪着他一起承担批判。

因为不能忍受基地的艰苦条件，科研组的骨干成员叶昆明谎称请病假，实际却瞒着众人调回了北京。黄凯华气愤地撕毁了叶昆明寄来的信件，称不需要看这种会给大家添堵的信件。

王怀民和黄凯华陪着彭雄飞到基地的爆轰试验场地的路上，正好看到钟心和杨佳蓉等人正帮着李彩兰翻地。原来，众人看到李彩兰一个人辛苦的种子作物很是过意不去，特地来帮着她一起劳作。彭雄飞看着李彩兰指导众人进行种子，对她以往的印象大为改观，没想到她竟然真的可以成功的种出土豆。

就在这时，远处突然传来的枪声将几人惊醒，等他们开车来到荒漠上时，正好看到陶志纲和一队战士在猎捕黄羊。钟心等人对他们的行为很愤怒，认为他们猎捕珍惜动物的行为是在犯罪。可是当陶志纲用研究所目前的困境反驳他们的时候，钟心几人一时间也找不到理由继续劝阻。再加上老格勒的劝说，几人终于理解了不少。

为了让全基地的人都吃上羊肉，老格勒打算再多猎捕五头黄羊。担心即将到来的大风会有危险，老格勒便让陶志纲护送王怀民几人先行回去，自己带着两个战士去打猎。可不幸的是，突如其来的风暴让三人都失去了踪影，只有他们的马匹拖着几头黄羊回到了基地。陶志纲急忙带着战士们在荒漠上搜寻，可等他们找到的时候，老格勒3人已经陷入沼泽地牺牲了。

晚上，战士们含着泪将猎捕到的黄羊烤熟。众多科研人员一脸沉重地坐在食堂里，却觉得这些朝思暮想的羊肉是如此的难以下咽。傅正川做了讲话，对老格勒三人不顾生命将几头黄羊送回来的壮举做出了崇高的评价。众人都对老格勒的牺牲感到异常的难过，钟心更是对三人的牺牲无比自责。看着众人都不愿意吃肉，陶志纲只能大声地呵斥他们，希望他们不要让老格勒他们的牺牲白白浪费。众人一边哭泣，一边颤抖地将碗里的羊肉塞进嘴里，整个食堂弥漫着一股悲壮的氛围。

王怀民难以忍受这种气愤，起身来到了外面。杨佳蓉放心不下，便跟着走了出来。王怀民告诉杨佳蓉，自己有些后悔从苏联回来。看着同志们一个一个牺牲，看着原子弹的制作迟迟没有突破。有的人因此选择了逃避，还有人为了让科学家吃上一口肉牺牲了生命。王怀民因为这种情况陷入了迷茫，对能否造出原子弹产生了怀疑。杨佳蓉告诉王怀民，这种迷茫只是他在逃避自己的信仰。他必须坚持共产主义信仰，才可以成为带领群狼的那头头狼。王怀民回忆着钱爱国跟自己说过的中国科学家的信仰问题，听着身后传来的老格勒家乡的乐曲声，第一次对信仰有了认真的思考。

陶志纲握着老格勒留下的马头琴，回想起老格勒的心愿，终于还是流下了泪水。