孙家栋(马飞 饰)在钱学森(陈建斌 饰)的支持下，克服“文革”派系斗争给卫星研制所带来的不利影响，孙家栋挑选出18名业务骨干，负责卫星的总体研制，他们被誉为“航天卫星十八勇士”。1968年10月26日，赵九章(刘广厚 饰)去世。许多和“两弹一星”有关联的科学家遭受冲击、干扰。在周恩来(孙维民 饰)武力保护的强硬措施下，许多科学家得以幸免于难，特别是研制“两弹一星”的科学家们，在那样艰难的局面下，还能继续进行研究和试验工作，使我国的国防尖端科技不至于造成毁灭性打击。在一次氢弹试验中，由于降落伞没有打开，氢弹掉落在其它地方，为了寻找氢弹弹头，邓稼先(郑国霖 饰)受到放射性辐射的侵害。1968年12月5日，郭永怀(吴有熙 饰)乘坐的飞机失事，年仅59岁的他牺牲了。当人们从机身残骸里寻找到郭永怀时，吃惊地发现，他的遗体跟警卫员紧紧抱在一起。烧焦的两具遗体中间紧紧夹着装有绝密文件的公文包，竟然完好无损。1969年3月，苏联侵犯我国珍宝岛，解放军奋起反击。1969年7月，蒋介石(马晓伟 饰)在台湾成立中山科学研究院。