公安部门成功侦破台湾潜伏在大陆的计兆祥(金友明 饰)电台，不久又将潜伏在东北地区的特务组织东北技术纵队也一网打尽，再一次挫败了台湾保密局局长毛人凤(申军谊 饰)的暗杀行动。不久，毛泽东(唐国强 饰)回国。1950年6月25日，朝鲜战争爆发。随着朝鲜战争的爆发，中美关系急剧恶化。成百上千在美国的中国学者和留学生也在积极行动，准备冲破阻力，回归祖国。正在印第安那州的普渡大学读书的邓稼先(郑国霖 饰)，如愿以偿拿到了博士学位，时年26岁，人称“娃娃博士”。钱学森(陈建斌 饰)准备回国时，遭到美国联邦调查局特工的搜查，钱学森800多公斤的书籍和笔记被扣。联邦调查局在钱学森被扣押的书籍和笔记本上大做文章，召开新闻发布会，宣布在“中国科学家钱学森的行李中搜到机密文件”。9月6日，移民局总稽查朱尔带着手下闯进了钱学森的家，向钱学森宣布了逮捕令。钱学森被押送到美军特米那岛关押起来，受到非人的折磨，身体遭到极大摧残，15天里体重下降了14公斤。联邦调查局官员对钱学森进行审讯，试图在他身上强加罪名，但由于钱学森的严厉驳斥而一无所获。赵忠尧(孙长江 饰)、邓稼先等人乘坐的轮船到了日本横滨，驻扎在横滨的美国宪兵突然上船搜查，指控他们的学生罗时钧(陈靖宇 饰)跟钱学森的案件有牵连，把二人和另外一个留学生带走。赵忠尧等人随后被关进美军在日本的监狱。郭沫若(廖崇如 饰)召集中科院科学家商议，联合多位科学家向美国政府发表了抗议书。赵忠尧等人被关押了一段时间后放出。朝鲜战局急转直下，美国把侵略的战火烧到了鸭绿江边，毛泽东决定出兵朝鲜，组成志愿军，由彭德怀(宗利群 饰)担任司令员。毛岸英(雷雷 饰)也报名参加志愿军。在加州理工学院院方和同事们的争取下，钱学森被保释出来。但美国政府还是不肯放过钱学森，一面发布驱逐令，一面又将他软禁，定期接受审讯。