陶志纲(李健 饰)依旧梦见惨烈的朝鲜战场上战友们牺牲的样子，从梦中醒来还是紧张得很。研究所收到了一个写着“王收”的皮箱子，陶志纲万分警惕，隔离在草地上进行炸弹检测并且把王怀民(李光洁 饰)控制起来，确定箱子安全之后彭雄飞(苏茂洋 饰)第一个跑过去打开箱子，不想箱子装的竟然全是原子弹的相关资料，来信确定是安德烈给王怀民写下的一大段关于本心的话，安德烈相信中国有这批年轻的科学家就一定可以研制出原子弹。
大家都在整理资料和数据，得出来的模型更加详细，但是很多资料都被烧毁还需要大量的时间和人力来补足，王怀民提出的五号原材料研究已经被专家通过。钟培林(牛飘 饰)宣布，为了记住撕毁协议和自力更生的这一个月，第一颗原子弹代号“596”。杨佳蓉(高露 饰)已经准备出院，王怀民原计划也会去迎接生病的杨佳蓉出院，不料黄凯华(朱铁 饰)等人在苏联的残卷里找到了一个宝贝，但是遇见了一个很难解开的方程式，他忍不住又拿起纸笔算了起来。杨佳蓉病才刚好就因为医院急诊科医生短缺而去帮忙，拜托朋友刘丽(宋柯欣 饰)帮振理带回家，刘丽劝杨佳蓉不要再等王怀民，但是杨佳蓉还是喜欢着他。
王怀民等人计算方程式忘记时间直到天黑终于成功，他才意识到天黑自己还没去过医院。杨佳蓉正在医院急救病人。王怀民向钟心(徐晓璐 饰)说出这几年都是由杨佳蓉照顾振理的事情，这次没能去成医院也没办法只能回头再感谢。王怀民和钟心在路上看见一个人默念牛顿定律的陶志纲，陶志纲不愿意被人看见自己在偷学物理，而且还是为了造原子弹，王怀民倒是想教陶志纲学习物理，但是钟心提议应该开个物理学习班让有兴趣的同志都去，陶志纲特别想去但是为了面子傲娇了一把，陶志纲针对照相机和留声机向钟心和王怀民道歉并要帮他们修理，两人赶紧离开。
A所的实验楼终于建成了，大家都开开心心地进入新楼拿着报道卡去各自的研究室报道，暂新的工作场所让大家惊喜得很，研究一室是基础实验室领头的实验室，彭雄飞更喜欢爆破实验于是分到了研究二室，钟心也想去二室却被彭雄飞阻拦，在彭雄飞的劝说下钟心还是决定留在一室。黄凯华不懂彭雄飞为什么要放弃和钟心独处的好机会，彭雄飞说自己不是一个徇私情的人，工作就是工作，而且让钟心了解自己的为人更贱能征服钟心，黄凯华一阵无语。
戈壁滩上罗布泊，战士们正在为建立新的实验基地而艰苦奋斗，迎着艰难的沙漠环境不停地劳作。团长王明山(石兆琪 饰)收到了儿子王怀民的家信，信中留了一张振理的照片，但是信件内容泛泛，信封上也只留了一个邮箱号，王明山怀疑儿子也在一个保密单位工作。王怀民到幼儿园见振理但是一见面，振理就问杨佳蓉在哪，但是王怀民也不知道杨佳蓉的去处。黄凯华和王怀民围绕原子弹“枪式”和“内爆式”的研究方向产生了激烈争执，众人僵持不下。钟教授也认为应该先搞枪式引爆的原子弹，但是王怀民提出反对，所里还有很多同志根本不懂得枪式和内爆式的区别，钟教授简单解释枪式威力较小内爆式威力更大。
钟教授解释完毕之后，陶志纲却突然站起来发言说自己觉得枪式不好，胆子太小的原子弹还叫什么原子弹，本来在原子弹方面就落后于帝国主义，既然要干就要干大的。钟心和陶志纲第一次互相认同对方。最终钟培林决定成立“枪式”和“内爆式”两个研究小组双管齐下，但是科学家自愿选择小组，整个一室只有四个选择内爆式，钟心很担心人少不足但是王怀民倒无所谓，钟教授透露上级会增派很多科研人员可以自己去争取。