高中毕业的林俊德成功被浙江大学机械系录取，然而林家家境贫困，林俊德早已做出了放弃读大学的决定。林俊德打算瞒着母亲出远门打工挣钱，而母亲早已知道他收到大学录取通知书的事，态度坚决要求林俊德必须按时去浙江读大学。五年后，成绩优秀的林俊德与刘振国获得中央高层重视，陈开元教授找到林俊德与刘振国，对两人动之以情晓之以理，简明扼要讲述祖国面临的困难，林俊德与刘振国皆是热血爱国青年，两人义无反顾决定从军入伍，为祖国挥洒豪情壮志。
三个月的时间过去了，林俊德和刘振国的部队训练结束。林俊德和刘振国被分配为一组去哈军工学习，在这里他们为中国的科技建设和国防建设继续努力。林俊德也遇到了难题，从原本5年的机械专业转为此前一无所知，并且需要2年学完的核爆炸力学专业，并非是件易事。1962年，党中央做出决定，核试验工程正式上马，第一颗原子弹即将横空出世；1963年初，由于核试验各学科领域紧缺人才，作为核试验研究储备力量的林俊德和他的同学们，在这一特殊的历史时刻，奉命提前毕业，投入了新中国核试验的科研大军之中。
林俊德发现了电机动力的弊端，他认为用机械动力作为冲击波测量仪的动力这个方向值得一搏。林俊德和刘振国朝着这个方向努力，可是没有任何进展，陈老师告诉他们要静下心来。林俊德找来了很多闹钟，并找到了自己想要的，为了更好的开展工作他们决定自己设计一个能够适用于冲击波的大功率发条。
杨静怡来找淑琴想要让淑琴一起去找政委请战，淑琴说不能空着手去，于是她拿出请战书，两人一起去找了政委，政委接收了她们的请战书，同意帮她们申请，最后她们的请战书被批准。杨静怡、王淑琴等人一起来到马兰，一路上环境恶劣，很多人的适应不了这个环境。
大家聚在一起吃饭，抱怨帐篷不行，沙子满天飞。9号车终于把先进仪器运到了，但是林俊德发现箱子里的玻璃膜片都已经受损。章平玉司令来帐篷看望姑娘们，问她们苦不苦，姑娘们坚定的回答：不苦。新一批的玻璃膜片质量明显好于上一批，林俊德要求大家把回收数据准确地记录清楚，不允许出现任何问题。林俊德借来一匹马，独自外出寻找材料，没想到遇到沙尘暴，走失了。
林俊德终于被大家解救，回到帐篷，司令员叮嘱下次不能再出现这样的情况，否则立刻剥夺参战权利。姑娘们被男同胞们嘲笑，只要在帐篷睡大觉，就是全国妇女模范代表。姑娘们不开心，递交了请战书。组织上批准姑娘们穿防化服训练。刘振国在一个夜晚，正式和杨静怡确立恋人关系。李仕武和林俊德来到炸点测试地，在引爆炸药后，李仕武代替林俊德前往查看，没想到意外发生，不幸牺牲。
李仕武的意外死亡对于林俊德的打击很大，终日躲在帐篷不出来。王淑琴来到帐篷，企图唤醒他的斗志。司令员询问林俊德为何没有入党，林俊德回答自己没有达到入党的条件，不够资格入党。打猎小分队用时一百八十天终于回到基地，司令员非常激动，说要给他们请功。请战书终于被批准，姑娘们都非常开心。七号沙尘暴如期来临，基地全员保护资料和仪器不受损失。
设备和仪器都已经安装调试好，司令员准备请示北京总部，定在16日零时进行核爆。核爆试爆成功，林俊德研制的钟表式压力自记仪起到了很大的作用，成功回收了完整可靠的数据。林俊德找到王淑琴，希望可以结为伴侣。王淑琴因为两人身份家庭等因素一直在犹豫，但最终在老师和师母的一番话之后，决定嫁给林俊德。林俊德在结婚时候，因为设备出现问题跑去实验室，老师很生气，就陪着王淑琴一起等他回来。
王淑琴和林俊德结婚之夜，林俊德还在忙着工作，王淑琴穿着军装，戴上花和队友一起来找林俊德，两人三鞠躬就算结婚了。静怡、林俊德、王淑琴、刘振国四人一起来到老师的家，给老师带去了他们到马兰第一天的集体照，他们想让老师在这照片上提字。
我们的第一次地下核试验即将开始，必须突破一系列的工程技术和测试技术难题，才能取得测试数据。林俊德组在吕教授的指导下已经开始了应力波的实验。林俊德对工作组的工作不屑一顾，并和胡组长结下了梁子，因为胡组长的打扰，导致他一个月的成果全都白费了。1969年9月23日首次地下核试验的成功，为构建我国国防核安全体系打下了坚实的基础。
