罗布泊。钟爱国带着研究所的勘察人员，在当地部队的配合下进入了沙漠寻找核试验场地。可刚进入沙漠没多久，一行人就遇到了沙尘暴。不仅钟爱国和几个是负伤，一队为了寻找水源的战士更是失去了联系。面对这种情况，很多还不知道此行目的的战士有些不满，纷纷提出哪怕是死也想知道为了什么而死。

面对这种情况，在得到上级的批准后，钟爱国将此行的目的告诉了众人。战士们听到国家要研究原子弹顿时非常的振奋，心中的不满全部消失殆尽，觉得哪怕这次行动牺牲也是值得的。再加上寻找水源的小队平安归来，这支勘测小队再次士气高昂的踏上了深入沙漠的道路。

苏联方面再次以可笑的理由拖延将原子弹模型运到中国，黄凯华等人虽然不满，可面对软硬不吃的苏联也也无可奈尔。面对这种情况，王怀民叫钟心找来一部相机，利用测量设备配合照相机，对教室黑板上的苏联人没有擦干净的原子弹结构图进行了负责的计算分析，终于成功地绘制出了一张较为精确的原子弹基础结构图。

研究所最近开始实行了保密包制度，不仅要在上下班的时候对每个人进行身份确认，还要对保密包进行铅封。钟心以为又是因为他们的秘密研究惹恼了苏联人，所里才会提出这种制度。

黄凯华的妻子最终还是决定带着孩子回乡下，并且要与他离婚。黄凯华接到妻子寄来的离婚协议书，不顾陶志纲劝阻，干脆地在协议书上签下了自己的名字。陶志纲见他态度坚决也不好说些什么，不过也顺便向他解释了保密包的出发点是为了更好的保护科研人员，而不是针对他们几人。黄凯华感受到了陶志纲的善意，一边向他解释了王怀民在宿舍里摆放那些东西的目的，一边也顺势提出希望他可以多多了解自己这样的科研人员，一定会有不一样的看法。

因为一些政治上的问题，在研究所的苏联专家都在接到命令后准备回国。临行前，这些苏联专家按照政府的要求，将在研究所内书写的一切研究材料全部烧毁。早就建造并清扫干净的原子弹模型仓库，直到窗户上结了厚厚的蜘蛛网，也没有等到原子弹模型的到来。

没有了苏联人的帮助，整个研究所的研究进程顿时失去了方向。面对这种情况，很多科研人员都感到异常的颓然。特别是黄凯华，他为了原子弹的研究不惜与妻子离婚，可没想到如今面临的却是这样的结果，顿时让他觉得自己的努力都失去了意义。

A所目前的情况不仅王怀民等科研人员着急，就连陶志纲也觉得现在最首要的事情就是想办法维持特机所的研究。可是面对原子弹这种高深的技术，中国目前根本足够的时间和能力、财力进行自主研究。

因为研究迟滞，王怀民也得到了探望儿子的机会。可当他刚敲开杨佳蓉的房门，杨佳蓉就倒在他的怀里。原来，杨佳蓉一方面要接受培训，一方面又要照顾王振理的生活起居，一段日子下来积劳成疾。刘丽告诉王怀民，杨佳蓉的亲人早年都在南京大屠杀的悲惨经历中去世了，后来被人收养才来到北京。如今她孤家寡人一个，才会如此的要强。刘丽一直对杨佳蓉为王怀民做的一切感到不值，忍不住指责王怀民不懂得体谅人。可是木讷的王怀民根本不知道如何解释，只是一脸愧疚地看着沉睡中的杨佳蓉。

刘丽回去取东西，叮嘱黄王怀民好好照顾杨佳蓉。满怀愧疚的王怀民认认真真的将病房的卫生打扫了一边，还找来刀子在苹果上雕刻了一朵花。杨佳蓉为了不破坏这一幕一直装睡，直到王怀民不小心割到手才发出惊呼。原来早在1949年的时候，王怀民就无意中救了还是学生的杨佳蓉一命。杨佳蓉对这个回忆一直记忆犹新，可是她不想把这个当成束缚王怀民的枷锁，才始终没有把这件事说出来。

为了应对苏联援助撤离的情况，为了安抚研究所众人的消极情绪，政府让林教授带来了国家的对原子弹研究的态度，那就是排除一切困难，举全国之力进行原子弹的自主研究。林教授的动员让众位年轻科研人员非常振奋，王怀民更是一个人来到闲置的原子弹模型仓库，在墙上写下了“自力更生、艰苦奋斗”几个大字。众人看到这个坚定的标语，忍不住跟着振臂高呼起来！