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上世纪六十年代，在“黑云压城城欲摧”的国际形势下，毛主席一声号令：好人好马上三线！ 军人后代张力军、农民的儿子马朝阳、“资本家千金”陆若文和留苏归来的向晴等这些充满斗志和激情的年轻人，来到了大西南的崇山峻岭，用生命和青春实践自己的理想同时，又演绎着牵肠挂肚的爱情角逐。一口京腔的大工匠刘连柱因为爱徒梁玉强喜欢上陆若文，竟要断了师徒关系。直到梁玉强在发射基地因排除故障而牺牲，刘连柱都不肯原谅。但谁也不敢相信，害了他爱徒陆若文居然能请他再次出山，为远程火箭试飞成功一显身手。一生梦想当将军的张力军不幸英年早逝，临终，司令员才发现这个一身毛病的小子却有很多不为人知的贡献。马朝阳出席了全国科技大会，火箭伺服系统的研发成果获得最高奖项，在张力军的坟头，闪光的奖章证明了他生命的意义和价值。
张利军看到卡车依然在基地附近疯狂地行驶，为了控制局势，他点燃了雷管，然后赶紧跳下车，卡车随后爆炸，司令员立刻决定全城戒严，把研究所里曾经见过陈佳丽的同志全部召集出来，在大街上开始掘地三尺地找陈佳丽。
张利军的伤势有点严重，一条腿出现骨折，已经不能动弹，上级决定把他送到基地的总医院。为了能尽快找到陈佳丽，陆若文决定和侦查员分开寻找，终于陆若文和向晴发现了陈佳丽，在制服她的过程中，向晴被陈佳丽的刀刺进了小腹，随后被送进了医院。向晴伤势严重，高占武在医院外面狠狠批评了张干事，怕万一向晴出事没有办法像司令员交代，叶萱让他们不要在外面瞎嚷嚷，无意中说到司令员的名字，陆若文问向晴和司令员什么关系，被高占武搪塞过去了。
高占武被李院长叫了过去，听李院长说要调走张利军当第一生产车间的主任。高占武觉得有点舍不得，李院长告诉他，第五研究院准备重新编制，很可能他们会脱掉军装，成为独立的国家部门，以后还要造导弹造卫星，不能总是让这些有志向的人才成为自己的部下，永远没有出头之日。高占武离开李院长之后，开始思考下面同志的未来，想到马上要脱掉军装了，心里难以割舍。
马朝阳想去医院看望张利军，于是把大梁也叫上了。知道马上要看到张利军了，陆若文由衷地欢喜，来到病房，她看到向晴也在那，多少有点吃醋，向晴回到自己的病房，认真地给陆若文削苹果，陆若文问起她和司令员的关系，向晴赶紧骗她说，自己的父亲是司令的好朋友。陆若文正在悉心照顾她，向晴的妈妈来了，看到向军医的气质，陆若文猜到向晴的真实身份——她是司令员的亲闺女。回到宿舍，以往热闹的气氛已经没有了，向晴住进了医院，宿舍里其他女同事已经结婚，搬进了职工家属楼。
叶梅姐也要搬走了，宿舍里只剩下陆若文一个人在这里，叶梅临走时劝她，对于爱情不能一味地妥协被动，让她勇敢去追求自己的爱情，还用自己的例子告诉她，如果不能学会趁时机主动抓住幸福，就会没有机会了。叶梅的话让陆若文有了触动，她心里一直是有张利军的，现在她想主动向张利军表白。
陆若文来到医院想给张利军一个惊喜，看到医院的花园里，向晴正在帮助张利军恢复伤势，向晴和张利军开心的样子刺痛了陆若文，她默默回到基地，来到曾经张利军打篮球的地方默默发愣。研究室的女同志一个个都成家了，女同事孙俪看到陆若文整天待在车间里搞研究写写画画，也劝她赶紧把自己的婚事给定了。陆若文来到医院，看到向晴和张利军说说笑笑，自己黯然离开了。向晴的妈妈也在医院的花园中看到向晴和张利军相互扶持，对张利军的印象很好。司令员也早已将张利军打听清楚了，两个人对他都很满意。