共36集
新中国建立之初，大难初定，百废待兴。然而国际局势分外险恶，中华人民共和国仍处在风雨飘摇的关键时刻。近有盘踞台湾的国民党政权蠢蠢欲动，时刻准备反攻大陆；外有美国为首的帝国主义伺机推翻新中国，从中渔利。为了与对手和列强抗衡，中共审时度势，敞开胸怀招揽海外的华人科学家归国，共同发展国防事业。感受到了祖国的召唤，钱学森（陈建斌 饰）、邓稼先（郑国霖 饰）、钱三强（杨洪武 饰）等科学家怀着一颗赤子之心，突破重重阻力投向祖国的怀抱。与此同时，国际上风云变幻，中苏关系交恶，抗美援朝战争也令原子弹的阴影进一步威胁中国的安全。 科学家们与祖国人民团结一心，为打造属于自己的“两弹一星”付出了无尽的努力……
周恩来赴导弹基地视察，就‘两弹结合’的相关问题与钱学森进行了深入的探讨。
1965年9月，国防科委和中科院在北京中南海会议室召开人造卫星方案论证会，中国的第一颗人造卫星有了一个响亮而亲切的名字——“东方红一号”。让全世界能听到《东方红》乐曲，以特别条款的形式也被写进卫星的总体设计方案之中。
以邓稼先，于敏为代表的青年科学家们，克服种种困难，在氢弹原理设计上，取得了突破。
1965年12月，二机部在新疆马兰核试验基地召开会议，对氢弹理论设计的“邓—于方案”进行论证。