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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。
听到这个消息，张利军有点懵了，整个基地的同志们，只有自己被搁置在这里，不仅仅没有得到一点晋升，反而和大伙一起研究的机会都没有了。张利军想问个明白，为什么独独留下自己，自己可以不要奖章，不要头衔，但是自己要这张脸，越说越激动，甚至直接提出自己买张火车票回北京，高占武斥责他的脾气，告诉他，军人以服从命令为天职，让他服从领导的命令。
第二天，马朝阳临上火车前，怎么都没有找到张利军，于是将自己给张利军留下的东西交给张干事，让他转交给张利军。张利军一个人坐在小山沟旁，听到火车开走时隆隆的响声，内心五味杂沉。火车车厢里，马朝阳忍不住坐在高占武身边，高占武知道他是想问张利军为什么被搁置的问题，于是告诉马朝阳他们，让张利军留在这里是经过慎重考虑的，在科研方面，张利军并没有比马朝阳占优势，但是在管理和协调方面，张利军却是有着天生的杰出管理才能，随机应变和沟通能力却比马朝阳强很多，才决定让张利军留了下来。听了高占武的话，马朝阳知道是为了张利军好，心里的石头终于放下了。
张利军一个人坐在空荡荡的宿舍，回想起大家都在的时候其乐融融的场面，内心有点不是滋味。他一边吃着马朝阳留给自己的咸干花生，看着陆若文留给自己的大白兔奶糖，还有向晴留给自己的东西，不禁对自己的未来充满着迷茫和困惑。第二天，一觉醒来，张利军并没有从此消沉，他走进车间认真给安装工人授课，讲课中诙谐生动的语言将枯燥难懂的导弹知识讲解得简单易懂，赢得无数的叫好声。角落里孟主任得了夜盲症摔倒了，张利军想起了陆若文曾经讲过的不吃青菜会得夜盲症，于是向厂长申请了一块地，准备自己种菜。
在新开垦的菜地上，张利军带领着大家拿起锄头一起流汗，一起唱歌，晶莹的汗水滴洒在无声的土地上，嘹亮的歌声在菜地的上空回旋了好久好久。柔和的灯光下，张利军在静静看着高占武给他写的信，信中高占武对他工作的态度给于高度的肯定，并且提出对他很高的希望，希望他不负众望，带着车组装车间的工人早日完成任务。
在课堂上，张利军看到有人不小心打了瞌睡，为了鼓舞士气，张利军给大家讲了一个新中国成立初期，一个爱国科学家心系祖国，尽管层层受阻，甚至还被美国联邦调查局关进监狱，但最终还是到达了自己的国家，为祖国核导弹事业做出了巨大的贡献。一时间，士气大涨，下面的学生工人纷纷振臂高呼，一定要为祖国争光。张利军带领着大家白天上课，课余便一起种菜翻地，生活过得充实而幸福。
在北京返回的专列上，高占武宣布有十个小时的探亲时间，因为陆若文资本家小姐的身份，高占武让马朝阳陪着陆若文回家。在陆若文家里，陆若文的妹妹们开始旁敲侧击地打听马朝阳的家庭背景，听说他的父母是地地道道的陕西农村人，她们感叹生活的凄苦，陆若文的父亲陆乾却开明地说抗战胜利多亏了这些勤恳朴实的老板姓，还感叹自己女儿很幸运有了这个根正苗红的同学，马朝阳听到陆若文的父亲托付他照顾一下自己女儿，马上端正的站起向陆乾保证，自己一定会好好照顾陆若文。从陆若文家里出来，马朝阳和陆若文一起去看了张利军的父母，张利军的父亲听到自己儿子没有得到嘉奖，觉得很丢脸，马上没有了言语，直接出了家门。