1949年新中國成立后,面對國際敵對勢力威脅和抗美援朝戰(zhàn)爭考驗,馮石將軍(李雪健飾)受命主持原子彈研發(fā)工作。這位不懂核物理的軍人將領(lǐng)帶領(lǐng)部隊進駐西北戈壁灘,與從美國歸來的科學(xué)家陸光達(李幼斌飾)及各方調(diào)集的科研精英會合。在蘇聯(lián)專家突然撤離、技術(shù)資料被封鎖的情況下,團隊既要克服極端自然環(huán)境和物資匱乏的生存困境,又要突破理論計算與實驗驗證的技術(shù)瓶頸。馮石以軍事化管理模式統(tǒng)籌工程進度,陸光達帶領(lǐng)團隊完成鈾濃縮和核裝置設(shè)計等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。經(jīng)過數(shù)年攻堅,1964年中國首顆原子彈試驗成功,蘑菇云在羅布泊騰空而起,標志著國防科技體系實現(xiàn)歷史性突破。