王怀民单独找到傅首长，申请参加回收地面核测试数据的任务，即使这是个九死一生的任务王怀民还是坚持上阵，托付傅首长交给杨佳蓉一封信。他不知道，此时杨佳蓉正在为进入蘑菇云采样做准备，每一个坐上飞机准备采集数据的同志都给家人留下了信件，只有杨佳蓉默默摸着王怀民给的胸针。经过全国各大气象专家的联合分析终于确定核爆当天的天气良好，核爆按原计划进行。大家既焦急又期待，随着发令员的口令，起爆员钟心摁下按钮，蘑菇云腾空而起，照耀出的万丈光芒和释放的能量足以摧毁一切。
蘑菇云从炸开到缓慢消散，数据收集的同志们及时赶到核爆钟心冒着生命危险收集一手资料。外围采集的数据传回总部显示并不乐观，因为核爆磁场影响较大所以最准确核心详细的数据还需要在核爆内部进行数据采集的同志传回。杨佳蓉和王怀民一个在地面，一个在空中紧急采集数据，靶场中，王怀民发觉数据仪器少了一个，独自冲回爆心区域，找回最后一个仪器。而杨佳蓉的空中采集已经完毕顺利返航。在洗消的过程中，王怀民突然开始呕吐。为了其他同志的安全必须将其隔离。
数据很快传回指挥室，经过数据分析员们紧张的测算，结果出来了。钟培林郑重而缓慢地宣布：这一刻我们等得艰难而缓慢，但是这次爆炸的原子弹释放当量超过美军在广岛投放的原子弹当量，所以这是一次成功的核爆炸！大家欢呼雀跃，方明将军将情况告知总理。大家都沉浸在核爆成功当中，1964年10月16日，历经千辛万苦我们终于永远了自主研发的原子弹。毛主席也无法再隐瞒此激动小心让周总理提前公布，全国各族人民都为原子弹的成功欢呼雀跃。西部基地也得到消息，打算好好庆祝。杨佳蓉的检查结果显示无辐射影响，而牛玲告诉王怀民的父亲王明山的情况不容乐观，但当他听到广播中播报原子弹成功爆炸的消息时，嘴角却是掩盖不住的笑意，美国的中国悲观论调恰恰从侧面证实了中国核爆的真实性。
杨佳蓉去看望王明山，王明山认识杨佳蓉问起王怀民的情况，杨佳蓉安慰王明山王怀民只是因为工作辛苦要好好休息，而王怀民恰是中国核武器研制的中坚力量，王明山骄傲但也知自己时日不多交代杨佳蓉许多王怀民的事情。王怀民的检查报告送往北京继续验证，为防止其成为辐射源不得不继续隔离。现在陶志纲一召唤钟心就跟着一起，钟教授也不再阻拦。由于保密性的要求所以表彰原子弹突出科学家和技术工人无法公开身份领奖，他们必须继续隐姓埋名为国家奉献自己。方小云再无理由继续留下第二天就要离开基地去北京学习，大海明白了信仰的伟大人的渺小，支持方小云去上大学，四年后两人会用跟好的自己面对面，方小云和大海许诺毕业就结婚。
陶志纲也向钟教授表明自己对钟心的满满爱意，请求钟教授同意两人回到西部基地立刻结婚结成革命伴侣，钟教授仍然不能接受，他介意的还是两人文化水平的差距，陶志纲将自己从钟心处学习到的很多知识向钟教授汇报，但是钟教授还是坚持两人无法达成精神境界的沟通，且现在也不是钟心结婚的最好时候，一旦结婚有了孩子又如何去追求科学的梦想，陶志纲根本无法和钟心志同道合感同身受，钟心生气离开，陶志纲也表示自己不会放弃。王怀民终于拿到了自己的检查结果，离开隔离病房，他赶到父亲的病房，但还是晚了一步，王明山光荣牺牲，王怀民在父亲耳边私语一家人就快要在天上团聚了。
纪念为原子弹事业牺牲同志的墓碑群中又多了一具英雄的尸体，人民和国家永不会忘记英雄的付出。自从拿到体检结果，王怀民就开始躲着杨佳蓉，彭雄飞为王怀民打掩护之后质问其为何转变态度，王怀民咳嗽不止没人知道他的情况。傅首长也问牛玲王怀民的情况如何，本来要转交给杨佳蓉的信被要了回去，其实王怀民的报告显示其未来可能会患上白血病，王怀民不想自己继续连累杨佳蓉，只想把剩余的时间留给研究，牛玲也只好帮他隐瞒。黄凯华和江水宁的婚宴就要举办了，江水宁有些一反常态。
