王怀民刚刚进入研究团就和陶志纲发生了一系列的摩擦，陶志纲怀疑是王怀民窃取了资料，便私自翻动他的物品
导致两人起了争执。随后有人统治陶志纲资料已经找到了，这也让两人之间的关系起到一定缓和，苏联人这次并没有把模型送到，而且还把很多资料都给烧毁，王怀民靠多次计算终于得到了原子弹的结构图，此后林教授称，中国要靠自己的力量研发原子弹。
中苏双方高层就原子弹试验场的位置进行讨论，因为敦煌有很多重要文物，所以无法试验发射出超过两万吨的原子弹，傅首长已经请示过中央周总理，周总理指示放弃中央重新选址，并要苏联专家兑现赠送原子弹模型的承诺，但是苏联专家提出的严格要求，要试验场的卫生完全达到标准就兑现。大家都很高兴各自去到试验场进行认真打扫，唯有王怀民带着自己专属的小工具来了。苏联专家根本不相信中国科学家们短时间内能达到标准，但事实是中国人完全做到。安德烈不明白为何可以成功，中国人的意志没有什么做不到的。
杨佳蓉找不到振理只能选择报警，而后回家等待消息。与之对应的是A所也在焦急地等待着原子弹模型，但得到的消息是由于技术原因原子弹模型无法转交，这让大家十分失望。钟心带了很多行李到A所报道，被严格翻查，钟心的许多物品陶志纲和其他同志都完全不知道，陶志纲向钟心表示不能瞧不起在艰苦环境中奋斗的同志。钟心报道A所被邀请去男生宿舍，彭雄飞的小心思表露无疑，大家都很兴奋，只有王怀民待在宿舍外继续自己的研究。
杨佳蓉找不到振理和王怀民心里一直不踏实，朋友劝杨佳蓉放弃王怀民，人家是高级别的科学家可能进入了更加保密性高的研究机构，而且人家这么做就是不想耽误杨佳蓉，杨佳蓉都明白只是担心王怀民无法照顾好振理，她再三恳求朋友一定要帮助自己找到振理。宿舍中的聚会还在进行，钟心关心原子弹研制进度，但是大家把话题又转移到了钟心和彭雄飞的个人问题上。钟心玩笑过后顺嘴还关心了王怀民，大家都说王怀民是科学怪人。
陶志纲趁着没人打算自学物理却又学不明白，偷摸着学见有人进来又藏了起来。大家又讨论起苏联带领进度缓慢的事情，王怀民听见立刻冲进宿舍提议大家成立秘密小组自己进行理论问题的研究而不要依赖苏联人，但是黄凯华和彭雄飞反对，理论是知识的基础，先应该掌握苏联人的基础理论再在此上进行研究才不会走歪路，钟心赞成王怀民，建议分成两个小组，一个小组寻找问题反推理论，另一个小组带着问题压榨苏联专家，两个小组共同研究齐头并进。大家都赞成钟心，于是第二日就去向陶志纲提议邀请苏联专家参与欢迎舞会。
沙漠条件艰苦，王明山带领的战士们几乎坚持不住。王明山得到了上级的允许，告诉大家正在执行的是寻找原子弹试爆地点的任务，战士们听后热泪盈眶，表示就算牺牲也值得。
苏联仍然没有送来模型，王怀民等人用相机拍下了黑板上被擦掉的图，又在暗房做技术处理，不断拼图计算。终于，一幅完整的原子弹内部结构图被拼凑出来，众人雀跃欢呼。不料陶志纲突然闯进来询问，曝光了相机底片。
陶志纲告诉大家一个沉重的消息：
苏联人撤走了。苏联专家离开前，把所有带不走的资料都烧毁了。林安城教授带来了中国要自己做原子弹的消息，令众人热血沸腾。