第1集剧情介绍：告别家人执行秘密任务
上世纪50年代，美苏两国进行核军备竞赛，整个世界都笼罩在核战争的阴云中。美国不断对我国进行核威胁和核讹诈，这让中央下定决定研究我们自己的原子弹。于是，寻找合适的核试验场这个任务，叫到了张司令员手中。但他提出要找回自己两个老部下，何玉山，徐远征来完成光荣的任务。
此时，刚从朝鲜战场上回国的何玉山正在和自己的家人团聚，而徐远征更是在部队里正举办着自己的婚礼。然而大喜之日，两人都接到了秘密任务，让两个人到指定地点待命。无奈之下，徐远征只得告别了自己的妻子林玉洁和孩子赶往总部。而在新婚之夜，何玉山为了不暴露自己执行任务的行动，只得与自己的新婚妻子林儒丫不告而别。
何玉山在华北某地赶上了最后一批回国的志愿军战士的列车，短暂交接后，何玉山和这批战士乘着列车继续行进，并在北京某车站停靠，大喜的日子被命令执行任务，心里本来就不痛快的徐远征没想到在这里看到了老冤家何玉山，两人只是互相敬了个礼，就分别上了车厢。
列车一路向西，来到了甘肃，张司令早就在这里等着何玉山的到来。何玉山将部队交给徐远征原地待命，自己来见张司令，张司令告诉他，国家决定要搞自己的原子弹，而他们的使命就是找到一块合适的原子弹试验靶场。而这里离附近居民和莫高窟遗址太近，他们现在最迫切的任务就是向罗布泊方向寻找另一块合适的靶场。
何玉山和张司令来到原地待命的部队当中，给二人布置了任务，他们首先要在罗布泊附近找到水源，这样才能驻扎下去。徐远征好奇这任务到底是什么，但张司令员却没有告诉他实情，只是让他不折不扣的执行命令。就在两人来到进入戈壁的同事，两个人的家里却各有苦辣酸甜。林玉洁有孕在身，还要照顾两个儿子，分外辛苦。而徐远征的不告而别，让新婚妻子林儒丫每日以泪洗面。
何玉山和徐远征带着部队徒步几昼夜，却连水源的影子也没见到。部队出发前所带的饮用水早就何况，有的战士在行进途中牺牲了，部队陷入了巨大的困境。幸好，张司令员带着大部队及时赶到，让部队摆脱了危机。在张司令员的带领下，部队终于找到了优良的试验靶场，何玉山和徐远征亲自打下了地标。部队又迅速开拔在附近寻找生活区。
部队又行军了几百里，前方终于出现了一片绿色，而一名眼尖的战士发现，此处不但有树木，还有盛开着的马兰花。张司令对部队的战士们说，马兰花生命力极为顽强，有一点水就能够存活，他当即决定将这个地方命名为马兰村，并命令部队在这里安营驻扎。
第2集剧情介绍：艰苦建造核试验基地
部队安顿下后，徐远征的警卫员发现，何玉山和徐远征从不主动说话，便找到何玉山的警卫员打探究竟。何玉山的警卫员告诉他，两个人曾经为了抗美援朝中的一场战斗产生了芥蒂，当时何玉山负责后勤弹药补给，在一场战斗中，徐远征判断他的团是敌人主攻方向，要求何玉山将弹药都给他们那个团，但实际上敌人只是佯攻，真正的主攻方向是何玉山同乡郭玉柱那个团，最终，郭玉柱团长因为缺乏弹药而牺牲，也因此两个人结下了梁子。
在这样艰苦的条件下，部队的战士们都想知道他们执行的是什么任务，徐远征也一样。张司令召集部队中层干部开会，告诉大家国家要研制原子弹的消息后，徐远征非常高兴，第一时间回到部队告诉了战士们这一神圣使命。
部队大院内，何玉山的邻居项怀瑾和李一婵是国外留学回来的科研人员，他们也分别接到了秘密使命，李一婵已经怀孕，但为国献身的使命感让她接受了这项任务。上级要求他们任务情况要对对方保密。两个人只得互相找了个借口，把唯一的女儿丽萨托付给林洁玉。不久之后，林玉洁也生下了一个女儿，自己即将面对的是独自抚养家里这四个孩子。
何玉山被任命为实验基地保障部部长，徐远征被任命为工兵团团长。实验基地随即动工。在一次打靶试验中，炮弹没有响，战士刘梦天上前查看，不小心触碰了炮弹引信，刘梦天壮烈牺牲。张司令让何玉山和徐远征反省三天。经过三天的反省，何玉山找到张司令，认为基地保障责任重大，自己实在干不好，想打退堂鼓。张司令却当着他的面将战士们叫到一块，一起许下了驻扎马兰的誓言。
林儒丫来到徐远征原部队打听徐远征下落，但原部队也不知道徐远征去了哪里，情急之下的儒丫晕倒，被战士小曾送到了医院。小曾送醒来的儒丫回家，林母对小曾非常热情，但就是查户口的行为让小曾不自在，坐了一会儿就告辞了。林濡丫知道母亲这样做是让她忘了徐远征，重新找个靠谱的男人。
深夜，徐远征和战士们围坐在一起，和他们讲自己和儒丫相识相爱的过程，年轻的战士们听到后都对他羡慕不已。可是，只有他自己知道，自己的不告而别对妻子多大的亏欠，妻子还会原谅他吗？
第3集预告：建军被大风沙吹走
丽萨和何玉山的两个儿子建国、建军相处融洽，她还专门让建国、建军品尝父母从国外带回来的咖啡。但是，三个孩子将近一年没有建过自己的亲人，咖啡再好喝，也比不上拥有父母的温暖。弟弟建军看到大院内有人在做爆米花，自己也想吃，身为哥哥的建国下决心要让弟弟吃到爆米花。
张司令告诉何玉山和徐远征，上级同意他们带家属来新疆。两个人自然非常高兴，可一想到自己连个像样的住处都没有，怎么给老婆孩子住呢？当然，这种事，最后还是落在了保障部长何玉山的身上。
一年没有回到家，何玉山一进门，就和两个儿子抱在了一起。而此时他发现，他走时还只有“两个半孩子”，如今却有四个孩子，听到丽萨是项怀瑾和李一婵的孩子，何玉山热情地向丽萨打招呼。但是见到阔别已久的妻子，何玉山却一时说不出话来。
建国在学校用炮仗里的火药制作了引信，把一茶缸棒米花放在汽油桶里，想自己做爆米花给建军吃，只听“砰”的一声，爆米花漫天飞舞，因为动静太大，惊动了校长，校长将何玉山找了来，狠批了一顿。但一出门，何玉山却又抱着两个儿子亲了起来。何玉山太久没见到孩子，他对孩子的爱和思念，远远大于对他们淘气的责备。
深夜，何玉山告诉妻子，首长同意他们全家去新疆，但何洁玉担心孩子们到了新疆会不适应，何玉山告诉妻子，小孩子，必须要吃点苦才能成长。
此时，项怀瑾和李一婵正在北京的两所不同的实验室里忙碌地工作着，两个人近在咫尺，却从没见过，也不知道彼此正呼吸着同一座城市的空气。深夜，被各种公式困扰的项怀瑾回到宿舍，躺在床上，他拿出了临行前和妻子女儿照的全家福，沉重的思念，也只有在寂静的夜晚里才能得到宣泄。
林洁玉再次将丽萨托付给了邻居，这让丽萨觉得自己就像是包裹一样，被人甩来甩去。林洁玉告诉丽萨，也许她的父母很快就能回来，所以她一定要留下来，等着自己的父母能够找到她。何玉山一家到达新疆茫茫荒漠之中，在去往基地的路上，遇到了罕见的大风沙，何玉山不得不下令暂时停止前进，这时建军却在卡车里被风沙卷了出来，建国和林洁玉在风沙中声嘶力竭地呼唤着建军的名字，但最终建军却永远离开了他们，全无踪迹。风沙渐渐停了，张司令员命令何玉山马上返回，军令如山，他只能带着哭泣的建国和妻子返回基地。
第4集剧情介绍：林儒丫来到基地
小曾对林儒丫有意思，经常到林儒丫家干活表现，林儒丫告诉小曾，虽然自己的母亲一直有意撮合他们，但她还是要等徐远征回来。不久之后，徐远征来信，告诉自己接受的是秘密使命，不能告诉父母家人，但现在上级已经同意家属来新疆，他很快就会回来接儒丫了。看到信后的儒丫落了泪，而儒丫的母亲也知道自己一直误会了徐远征，她叫女儿赶快收拾行李去找徐远征。
张司令员告诉徐远征可以动身去接自己的老婆了，但徐远征却惦记着自己工兵团的战士们，由于食物饮水匮乏，战士们的营养跟不上，战斗力有所下降，徐远征因此请求组织代自己把老婆接回来，自己要带领着自己的士兵抢抓工期，将任务完成。
林玉洁因为孩子失踪埋怨自己的丈夫，到达基地就带着孩子独自去了帐篷里。张司令来看望她，才从警卫员口中得知建军失踪的消息，张司令派警卫团沿途寻找，并指示一有消息就马上向他报告，但连续近日，工兵团还是没有找到建军的踪影。汽车团的战士受伤了，但基地医院的医生都出诊不在家，无奈之下何玉山只能找当医生的妻子帮忙，林玉洁忍着失去儿子的痛苦，给受伤的战士作了手术。
林儒丫到达新疆，和阔别已久的新婚丈夫见了面，对他是又爱又恨。徐远征赶着驴车，带着自己的妻子，在部队里显摆了一大圈，以证明自己没吹牛，自己的老婆就是漂亮。
深夜，无处安身的两人将大卡车后的后车板当成了自己的婚房。早上，徐远征叫林儒丫起床，去发现她昏死了过去，还好经过医生抢救有惊无险，但医生告诉徐远征，林儒丫有先天心脏病，要控制病情，就不能让她太激动和劳累。
建国结识了部队中的其他小伙伴，张援朝，爸爸是汽车团的，欧敏、柱子，姐弟俩的爸爸是警卫团的，还有李小欢，爸爸是工兵团的。建国一心想寻找建军，于是他把这些小伙伴组织了起来，自己成了营救组的组长，让他们备好水和干粮，几个小孩子一走出基地，寻找建军。
第5集剧情介绍：寻找弟弟反迷路
经过工兵团的努力，基地里的地窖挖好了，徐远征第一时间带着儒丫来到地窖，告诉她这就是他们的家，儒丫看到家徒四壁，让徐远征找些旧报纸和浆糊，她要将家里好好收拾一番。
几个小伙伴越走越远，累得精疲力尽，原地休息，这时，他们发现了不远处有一条清澈的河流，高兴地向河流奔去，但眼看就要到了，河流却消失了，原来一切都是海市蜃楼。几个孩子天真的出来寻找建军，但现在都后悔了，想尽快回到家里，建国也觉得自己决定太鲁莽了，决定和小伙伴们一起先回家。
孩子的家属找到何玉山，告诉他自己的孩子不见了，何玉山回到家中，发现建国丢下襁褓当中的妹妹，也没了踪影，便抱着孩子找到林玉洁，将孩子交给他，自己组织队伍去找寻孩子下落。
建国凭借丽萨教他的有限的地理知识，领着小伙伴们回家，但他们很快发现，这根本不是回家的路，几个孩子迷路了。援朝责备建国，把他们带出来，却将他们领丢了。孩子们慌了神，开始争抢饮水和食物，幸好欧敏及时阻止了大家，告诉大家只有团结，同甘共苦才能度过难关。大家听了欧敏的话，开始有秩序地喝水吃东西。
基地的无线电一直滴滴作响，一道道寻找孩子的指令下达到各部队，张司令派汽车团开着卡车沿途四处寻找孩子们，但几路都无功而返。建国提出点一堆火，来寻找他们的部队就可以寻着火光找到他们，但没人身上带火柴，建国值得学习古人钻木取火了。不一会，火苗出现了，众人点燃了聚拢在一起的火柴，期待着自己的爸爸妈妈们能看到火光，找到他们。
深夜，有一只狼出现在了戈壁滩上，欧敏吓坏了，躲在了柱子身后，建国让他们一起呐喊，吓走了狼，此时天已经凉了，亲自坐车寻找孩子的何玉山听到了孩子们的叫喊声，终于找到了他们。与此同时，徐远征的新家被何玉山布置的整整齐齐，张司令员和战友们一起来到地窖看望他和妻子。入夜，林儒丫对徐远征说，有他在身边，自己才最踏实，为了这一刻，死了也值得。
第6集剧情介绍：何玉山车祸受重伤
1960年，苏联单方面撤走所有专家，国家要靠自己进行核试验。张司令找到何玉山，告诉他要成功进行核试验就要有一个好的天气环境，因此需要一个气象站，而建设气象站的任务就落在了何玉山肩上，但让张司令放心不下的还是水源问题，何玉山决定一边从外面运水，一边组织人手寻找地下水。但他只有一个要求，不要徐远征和工兵团帮忙，因为他看见徐远征就头疼。
林儒丫调到了基地政治部工作，也穿上了军装，可谓英姿飒爽，她穿着军装来营地找徐远征，引得战士们频频侧目。徐远征看到林儒丫穿上军装的样子，连连夸奖她就像古时候的女将军花木兰。
接到新的命令，何玉山收拾好行李，来向妻子辞行。到达基地医院，何玉山看到了站在外面的儿子，他嘱咐儿子要做一个真正的男子汉，在他出去执行任务回来之前，要照顾好妈妈和妹妹。何玉山像妻子辞行，告诉他知道建国心里还是放不下建军，希望妻子多费心，别让建国一时冲动创出祸来。
路上，何玉山让司机停下了车，自己一个人走到一颗树下，将自己给建军买的小喇叭埋在了地底，痛哭失声。他知道，茫茫戈壁，建军已经不可能活着回来了，他非常地伤心，但他告诉建军，自己要完成的这项任务，比他们全家人的生命更重要！
何玉山到达目的地，刚要开始着手布置，就看见徐远征和工兵团坐着卡车开了过来。怕什么来什么，但何玉山嘴上还是欢迎他的到来。中午吃饭时，何玉山本想发扬一下风格，让工兵连先吃，保障部后吃，但徐远征却说工兵连自己解决伙食。工兵连在被太阳烤的炙热的石头上烙起了饼，还送给了何玉山一张。夜晚，强大的风沙将徐远征的帐篷刮走了，徐远征只得和何玉山睡在一起。李一婵外出路过部队大院，看到了许久不见的女儿丽萨，但这次见面是短暂的，任凭丽萨哭着喊让妈妈不要走，李一婵还是告别了女儿上车离开。
气象站正式竣工，但在启动气象设备观测天气时，汽油发电机却出现了故障。何玉山只好亲自带着发电机坐车去六百多公里外更换发电机，但在路上为了躲避横穿而过的黄羊，出现了翻车事故，何玉山受重伤，幸好被经过的部队战士发现，将他紧急送往医院，林玉洁看到丈夫伤成这个样子，心痛不已，庆幸的是何玉山虽然受伤，但还有意识。林玉洁对何玉山实施了抢救，让何玉山的伤情逐渐稳定下来。
第7集剧情介绍：马兰小学成立
何玉山在妻子的细心治疗和照料下，很快苏醒了过来，等他再回到气象站，等着他的是全体战士在大门口迎接他。经过战士们的努力，气象站运转正常，得到消息的张司令给气象站发来了贺信，告诉他们罗布泊没有气象预报的历史被他们终结了，收到和贺信的战士们将何玉山和徐远征举了起来，欢呼雀跃。
建国一个人在戈壁滩上发愣，几个小伙伴知道他还在想弟弟建军，都围拢了过来，此时巨大的龙卷风来袭，小伙伴们拉着建国赶紧回家，一想到是龙卷风把弟弟刮跑了，建国怒不可遏，喊着要找龙卷风算账，为弟弟报仇，不顾小伙伴的阻拦朝龙卷风走去。小伙伴们眼看龙卷风朝建国席卷过来，连忙找到了林玉洁，林玉洁赶来把建国紧紧压在身子下，躲过了龙卷风。建国哭着问妈妈，弟弟是不是永远也不会回来了，林玉洁告诫建国，以后不允许他在这样做。
建国一个人来找爸爸，并问爸爸自己是不是他亲生的，何玉山非常奇怪建国为什么这么问，建国却说爸爸样样都能干，自己却什么也做不了，连建军穿的衣服，袜子，还有他的小喇叭都找不到，何玉山把建国带出来散步，告诉他来到这打隔壁的每一个人都是战士，是战士就有可能流血牺牲，也许建军在和风沙的斗争中牺牲了，但建国却依然不能接受这个事实，爸爸只能宽慰他，他说的是“也许”。
基地的孩子越来越多，张司令担心这群孩子，打算改“散养”为“圈养”，他让何玉山成立马兰小学，让孩子们安心到学校读书，但何玉山却犯愁，自己拿什么给孩子盖小学呢，他没想到，张司令早打算好了，他将基地的司令部腾了出来充当小学校舍。但校舍解决了，老师却又成了大难题，何玉山挖空心思想在基地内找一两个老师，但却连一个合适的人选都没找到。
林玉洁深夜下班回来，看到何玉山抱着脑袋垂头丧气，知道他还是为小学老师发愁，就提醒他徐远征的妻子林儒丫以前就是小学老师，但何玉山担心徐远征不同意，林玉洁便亲自登门拜访徐远征夫妇。果不其然，虽然林儒丫爽快答应了，但徐远征说什么也不同意，还搞得林玉洁下不来台，回到家里，林玉洁告诉何玉山，这事恐怕只有司令员出面了。
隔天，何玉山找到司令员告状，告诉他事情经过，这时林儒丫却亲自来找司令员，告诉他自己愿意当老师，并且这件事由她自己作主，司令员让何玉山带着林儒丫看看小学的环境。两人走后，他把徐远征找了来，打算当面做做工作。但没想到徐远征态度依然很坚决，硬是不同意爱人来小学当老师，司令员很生气，问他到底什么原因。徐远征只好实话实说，告诉司令员林儒丫有先天性心脏病，无法带着那么多孩子操心劳神。
司令得知实情，也不好强压头，便跟着徐远征来找林儒丫。何玉山和林儒丫正说着学校的事儿，却眼睁睁看着徐远征将儒丫拽回了家，司令只好告诉何玉山儒丫心脏病的事情，何玉山也没了办法。没有老师，马兰小学最后还是成立了。孩子们听到自己又能够上学了，都非常高兴。
第8集剧情介绍：徐远征帮妻子管教学生
开学第一天，何玉山找到科研所的几位科学家授课，但科学家们没有教学经验，教学生也明显大材小用。何玉山回到家中，妻子问他林儒丫当老师的事有没有落实，何玉山将林儒丫有心脏病的事情告诉了妻子，但妻子说，先天性心脏病根据病情发展，如果控制的好，并没有多大关系。何玉山决定亲自登门找徐远征。
来到徐远征家里，正事没说，两个人到因为朝鲜战场上的恩恩怨怨吵了起来。徐远征甚至掏出了枪，让何玉山将自己打死，抵偿郭玉柱团长和牺牲战士们的生命。
何玉山冷静下来，他知道，徐远征是自己的老战友，自己不应该这样对待他。何玉山对徐远征说，他来是为了孩子们，为了马兰小学，自己是林儒丫的上级，他决定让林儒丫来小学当孩子们的教导主任兼班主任，他没有权力阻拦，如果要理论，可以去找司令员，说完就离开了。
最终徐远征还是同意林儒丫来小学上课，考虑到林儒丫的身体，他经常在旁边陪课。但野惯了的孩子们却有些自由散漫，尤其以何建国为首的男生圈子，经常不交作业，林儒丫的作业收不上来，觉得自己没用，默默地掉眼泪，徐远征看了很心疼，决定好好管教一下这些不听话的孩子们。
这天上课，徐远征不请自来，他现身说法，以自己在战场上的经历，给孩子们讲了一堂生动的课堂纪律课，临走时他还说，自己的眼睛和孩子的不一样，自己知道他们的一举一动，谁不交作业不听话，他都知道。几个男生被徐远征的话震慑住了，但何建国依然嘴硬，坚持自己仍然不会交作业，但到了第二天，几个男生还是老老实实地把作业都交了。
项怀瑾来到了马兰，每天还是不停计算着各种公式，这天，他终于算出核爆炸火球的光冲量和冲击波峰值超压值，却因为劳累过度倒了下去，导致手臂骨折，被送往医院，遇到了林玉洁，他这才知道，原来自己的妻子一直没有去接丽萨，她在哪儿，在做什么，自己都一无所知。林玉洁劝他养好身体，一家人将来一定能够团聚。
第9集剧情介绍：项怀瑾夫妻咫尺天涯
项怀瑾从病房走出来，坐在地上欣赏戈壁滩的落日黄昏。林玉洁走上前，送给他一瓶最爱喝的白酒。夕阳西下，项怀瑾向林玉洁讲述自己的心路历程。在国外留学时，他看尽了外国人对中国人的轻蔑，让他励志一定要回来报效祖国，搞出中国的原子弹，为了这个理想，即使妻离子散，隐姓埋名，他觉得都值得，可是，人心都是肉长的，他无时不刻想念自己的妻子和女儿。
何建国和小伙伴们正玩的高兴，远远看见徐远征走了过来。小伙伴们害怕，躲在了一个浅坑中。援朝怂恿建国上去和徐远征打招呼，以显示他的胆量。何建国只好上去和徐远征打招呼，并询问徐远征他是否真的能看到他们的一举一动，徐远征当然说是，何建国希望徐远征帮忙找他的弟弟，徐远征答应了他。
基地医院送来了紧急病人，林玉洁认出这个病人竟是李一婵，原来李一婵也早就来到了基地科研所，但项怀瑾和李一婵都没有见过面，更不知道彼此的存在。对李一婵实施抢救后，林玉洁赶到病房想告诉项怀瑾这个消息，但没想到项怀瑾留下了一封信，坐车回到了研究所。
建国和几个男生逃课在外面玩，援朝提议带他们去骑大马，但大家到了马厩里却一匹马也没有，只有一匹年老的骡子，几个人认为这只骡子好吃懒做，就想好好教训它，建国和几个孩子用废旧车胎上的胶线和树枝做成了弓箭，一起射这个骡子的屁股，被路过的徐远征看见。徐远征看到几个孩子虐待老罗，发了大脾气，把几个孩子赶到小水塘边拎水桶。林儒丫赶到阻拦却根本拦不住，她只好跑去找何玉山，何玉山赶到后得知事情经过，狠狠地打了建国的屁股，还把建国拎到老罗面前，向它道歉。
几个孩子来到何玉山家吃饭，何玉山向他们讲述战斗英雄老罗的故事。原来，这只骡子名叫罗玉柱，战争时期，它无数次立功，冒着枪林弹雨，运送物资和弹药到阵地上，毫无畏惧。徐远征之所以对它有深厚的感情，是因为在一次战斗中，老罗驮着重伤的徐远征走出了战场，救了他一命，为此，老罗的腿也被炮火炸瘸了。如今，老罗老了，但它忠诚可靠，是永远的战斗英雄。孩子们听到这里都感到非常愧疚。第二天，建国和援朝亲自给老罗送来了青草，当着徐远征的面，向老罗道了歉。
林玉洁下班回到家，向何玉山说起项怀瑾两口子的事儿，何玉山觉得这件事要请领导解决。他找到张司令员，向他汇报项怀瑾两口子的事，张司令员也觉得这件事必须解决，要让项怀瑾一家人在马兰团聚。
第10集剧情介绍：徐远征泄密
李一婵出院，林洁玉亲自送她到车站，此时何玉山也带着项怀瑾赶到车站，两人都非常吃惊，竟然能在马兰看到彼此，但是，多年的默契迅速让两人明白各自所承担的任务，阔别多年的夫妻俩紧紧拥抱在一起。
援朝找到建国，告诉他自己的爸爸，汽车团的司机小马在大河沿无人区找到了他弟弟建军的鞋子，上面还压着块石头。与此同时，小马也将这个消息告诉了何玉山。他们分析，这一定是人为所谓，不然的话石头不可能恰巧压在鞋子上。正当他们分析着建军的下落，建国跑了进来，拽着爸爸让他立刻去找弟弟。何玉山把建国拽到外面，教训了他两句，但还是答应他有时间一定去找建军。
何玉山向司令员请了几天的假，小马开车拉着他来到大河沿，想寻找建军的蛛丝马迹，但何玉山认为，即使建军真的被周边的牧民救下了，牧民放牧居无定所，也很难发现他们的踪迹，两个人只能抱着试试看的心理，分头寻找线索。小马在搜寻中发现了羊粪，确定这之前有人来这里放牧，但两个人直到天黑前也没发现一个人影，接下去的两天也是这个结果，何玉山只能返回，临行前，他把建军曾经玩过的拨浪鼓压在了石头下面，希望救下建军的牧民会发现带给他们新的消息。
林儒丫来到基地一年多，一直都没怀孕，她找到林玉洁，询问自己如何才能要一个孩子，林玉洁建议她和徐远征抽空来医院检查。回去后，林儒丫让徐远征去医院检查，但徐远征觉得自己根本不可能有任何问题，觉得受到了侮辱，大半夜跑出了家门在营地里生闷气。
小欢的爸爸李指导员找到林儒丫，说自己的老婆因为不能来新疆而要改嫁，让同时女人的林儒丫出出主意，男儿有泪不轻弹，看着自己的儿子，李指导员不禁流了眼泪。恰巧徐远征回到家，看到老李掉眼泪，竟然笑话起他来，老李很尴尬，带着小欢逃出了徐远征的家。林儒丫对徐远征有气，就故意气他说如果不是因为他当初的那封信，自己也很可能改嫁了，听到这句话，徐远征震惊不已。
自从妻子说当初险改嫁的事儿，徐远征开始疑神疑鬼，他找到林玉洁问起林儒丫不怀孕的原因，是否和其他男人有关，当即被林玉洁轰出了医院，气不过的他又给岳母写信，但就是这封信里，徐远征不小心将国家秘密研制原子弹的事透露了出去。保密部门没有将这封信发出去，徐远征也因为涉嫌泄露国家机密被停止，张司令找到徐远征，告诉他很可能面临着被撵出罗布泊的处罚，自己也无能为力。何玉山找司令员求情，请求司令员让徐远征戴罪立功。
第11集剧情介绍：丽萨来到马兰
张司令对何玉山说这件事情他们两个表态是没有用的，但话里话外还是想对徐远征网开一面。徐远征知道老何为他求情，半夜到他的门口喊老何，说自己欠了他一个人情，将来如果老何有需要，可以随时叫他还人情。睡眼惺忪的何玉山起床出门来见徐远征，但这时徐远征已经离开了。
调查组让徐远征将事情的来龙去脉再说一遍，徐远征承认是自己太委屈，因为给岳母写了那封信，让岳母知道自己干的事业有多么重要。何玉山又找到张司令打听对徐远征的处理意见，张司令传达了基地党委对徐远征的处理决定，记大过一次，但保留他的院长职务，继续留在基地工作。徐远征又投入了到工兵团忙碌的工作当中，他让警卫员再次给何玉山带话，人情他一定还上。
丽萨被接到了马兰，见到了一年多没见的建国，还有许多新的小伙伴。建国带丽萨看了戈壁滩上很多新奇的东西，还和林玉洁见了面。丽萨问起为什么不见建军，建国告诉丽萨，建军被大风刮丢了，但他相信，建军终有一天会回来，只是需要很长时间罢了。
戈壁滩的环境恶劣，马兰小学的环境也很简陋，丽萨很快失去了对戈壁滩的新鲜感，到处都让从小娇惯的她不适应。教室天花板炙热的阳光，饮用水里的小虫子，又脏又丑的厕所，都让丽萨抓狂。但幸好有小伙伴们陪着她，几个月后，丽萨渐渐适应了基地的生活。学校放假，爸爸交给他一项任务，那就是用电灯泡的温度，模拟母鸡孵小鸡时的温度，用科学的方法让鸡蛋孵出小鸡来。二十多天后，小鸡果真破壳而出，丽萨把同学们都召到了家，一起观看自己孵出来的小鸡。
工兵团的战士们集体患病拉肚子，徐远征也不例外，因此工兵团的任务耽搁了，这也让科研所里的项怀瑾夫妇有了难得的假期，可以回家陪丽萨。何玉山眼睛看不清，来找林洁玉看病，林洁玉说他这是患上了夜盲症，原因就是营养不良。
张司令来到医院，询问工兵团大大范围腹泻的原因，林洁玉认为战士们是因为喝了附近富含镁元素的孔雀河河水才发生的腹泻，基地的止泻药根本不够用，只能用土办法——吃大蒜。张司令把采购大蒜的任务交给何玉山，何玉山连夜带着战士们乘车去外面找大蒜。
第12集剧情介绍：马兰第一对新人诞生
何玉山去了很多地方，都没有找到大蒜，只能去找当地驻军想办法。到了驻军某师部，何玉山一眼就认出这个师的师长是当年的老战友老吴。何玉山请求老战友帮忙给两车大蒜，但却又不能说大蒜要运往哪里，这让吴师长犯了难，大蒜属于军用物资，如果上级问起来大蒜给了哪里，他所说不出来，是要担责任的。但何玉山却告诉他，他现在所做的事虽然是最高机密，但确是为了老百姓过上和平的生活，吴师长终于答应将两车大蒜交给何玉山。
随着基地出具规模，基地的各项条件也有所改善。为了治疗战士们长期缺乏蔬菜造成的营养不良和夜盲症，上级调配了大量维生素药品。而基地自身也养了几头奶牛，专门供应给长身体的孩子们补充营养。负责分配牛奶的是一位叫做李珊珊的未婚姑娘，但大家都习惯叫她“李奶奶”。
李奶奶偶然结识了基地电影放映队的李开炮，两个人经过撮合最终结了伴侣，这也是基地成立以来的成就的第一对新人。基地的同事们为二人举办了朴素但隆重的婚礼，由张司令员亲自主持，就连总部首长都给两位新人发来了贺电。
军队战士们好多从参加完抗美援朝就直接来到马兰，多年未回家，很多人吵着求情、请假，因此张司令颁布了命令，不准再有人向他求假。但和玉城还是为自己的警卫员杨振禄请假，杨振禄的两个哥哥都在战场上牺牲了，可谓一门忠烈。张司令破例准了他一个月的假，但当何玉山把买好的火车票交给他时，他却将火车票死得粉碎，他说他不能搞特殊，只有所有战士都能回家了，他才能回家，这让何玉山非常生气，但张司令听了却非常感动，让何玉山对杨振禄通报嘉奖。
基地医院护士急缺，张司令让何玉山去回去召几个女兵来，经过医护培训，充实到基地医院当护士。何玉山来到了天津某军队医院，一进医院的门就看到墙上挂着一位叫曾倩倩的女护士多次受到嘉奖，能力十分突出，便和医院政委点名要曾倩倩。曾倩倩很早就励志想去战场救死扶伤，因此是非愿意去马兰。何玉山带着曾倩倩和其他几位同期招收的女兵回到马兰，沿途的颠簸让这些女孩子都晕了车，狂吐不止。
新来的女护士们受到了基地的热烈欢迎。但入夜大家准备休息的时候，其中一位女护士便忍不住埋怨这个鬼地方条件太苦，连洗漱的水都没有。其中一位女护士看不惯她娇生惯养，责怪了她几句。曾倩倩好心将自己仅有的一点水给了那位女兵。
第13集剧情介绍：曾倩倩成为老师
由于工作需要，何玉山打算调曾倩倩去马兰小学当数学老师。这让林玉洁很为难，她知道曾倩倩热爱护士这个工作。但曾倩倩学历较高，何玉山执意要调她去学校，林玉洁只能硬着头皮找曾倩倩谈，果不其然，曾倩倩反应激烈，说什么也不愿意去。但组织的命令必须服从，曾倩倩就这样带着情绪来到马兰当起了数学老师。
不情不愿当老师，曾倩倩对学生态度很恶劣，经常让学生罚站，就连品学兼优的丽萨也不例外。几个孩子淘气，崩塌了基地张副政委家的房子想逃跑，被开着车的小马拦住，一手一个把援朝和柱子逮住了，这时恰巧曾倩倩路过，让孩子们给张副政委道了歉，领走了孩子，但自从和曾倩倩见了一面，小马就把魂儿丢了。
何玉山想把曾倩倩介绍给杨振禄，他亲自把杨振禄带到了曾倩倩的宿舍，但杨振禄为人木讷，根本就不知道怎么谈恋爱。曾倩倩一味看着自己的书不理会她，没想到杨振禄一句教书挺好的话捅了马蜂窝，被曾倩倩几句话噎了回去。两个人初次见面开局不利，第二次见面又被建国和学生们起哄搅黄了，之后再也不去见曾倩倩，杨振禄还因此躲着何玉山，生怕他问两个人的进展情况。
小马为了讨好曾倩倩，问几个孩子曾老师的爱好，但孩子们都讨厌她，没什么话可说。建国想起丽萨让他帮忙找一本初中的数学课本，于是建国对小马说曾老师想要初中的数学课本。班里数学考试，建国故意考了零分，受到全班孩子的笑话，就连丽萨也说他是个笨蛋。而此时林儒丫眼看着学生因为曾倩倩的缘故学习一塌糊涂，就让曾倩倩写检讨。曾倩倩赌气出来，撞见小马给她送来了数学课本，更是生气地走了，小马献殷勤失败，垂头丧气地准备开车回去，建国趁机将课本偷了回来。
建国将课本交给丽萨，但丽萨却嫌弃建国数学0分这件事，这让建国非常挫败。曾倩倩没有写检讨，而是直接给林儒丫送来了辞职信，林儒丫当即所曾倩倩是窝囊废。曾倩倩走出来，正看见建国蹲在一边，忍受着丽萨和同学们的瞧不起。曾倩倩主动要求给建国补课，就为了不再让别人瞧不起，建国这才发现，原来曾倩倩脾气很好，之前表现的脾气，都是曾老师故意的。
经过曾倩倩的努力，建国在数学考试中得了满分，而曾倩倩也一点点接受了自己教师的身份，和孩子们的关系也变得非常融洽。林儒丫找到倩倩，告诉他上级同意把她调回医院，但这时的曾倩倩已经喜欢上孩子们，喜欢教师这份职业，不想走了。林儒丫将调令交给倩倩，打开一看却是优秀教师的奖状，林儒丫之前用激将法让曾倩倩成为了一名合格而优秀的教师。而与此同时，曾倩倩和小马的关系也拉近了不少，小马经常去找曾倩倩，给曾倩倩唱快板。
第14集剧情介绍：基地断粮
司令找来何玉山，告诉他一个坏消息，甘肃大雨冲垮了铁路，导致基地粮食运不过来。而此时基地的粮食只够顶两天的。何玉山心急如焚，基地断粮人命关天，他马上召集保障部干部开会，大家想办法，一定不能让基地的人饿肚子。最后，小马提议大家去榆树沟，摘榆树叶和树皮当做食物。
何玉山带着部队来到榆树沟，战士们马上分散到各处收集树叶和树皮，黄昏时分，何玉山和部队满载着树叶和树皮准备打道回府，但战士突然报告，战士王大头带队的三个人还没有回来，使劲紧迫，部队必须在天黑前返回，大家一起寻找王大头，此时只听一声枪响，何玉山和战士们顺着枪声找了过去，王大头已经倒在了战友的怀里。原来，王大头本想摘点野菜回去给战士们吃，但这是一片毒野菜，王大头尝过之后立刻就昏迷了过去，何玉山赶到时，人已经没有了呼吸。
王大头的遗体被运回了基地医院，徐远征来到医院看望自己的战友，铮铮硬汉在牺牲的战友面前痛哭失声。何玉山省吃俭用攒了一袋面粉，让人给徐远征送去，但徐远征却叫人把面粉送到了科研所，项怀瑾也没有要这袋面粉，几经波折，最后面粉留在了学校，正值中午，学校的炊事员准备给孩子们做上一顿馒头，但由于风沙太大，最后蒸熟的馒头里都却都是沙子。
中午学校开饭，装满沙子的馒头让丽萨难以下咽，她将馒头扔给了外面的军犬军号吃，被战士发现。何玉山得知情况后非常生气，召集所有学生站在教师门前，询问是谁扔了馒头。林儒丫语重心长地对学生们说，这面粉都是爸爸妈妈，叔叔阿姨一点点省下来的，而他们自己却以树叶树皮充饥。千不该万不该这样浪费和糟蹋老师。丽萨听了这些羞愧不已。
丽萨向建国承认馒头是自己丢的，并向林老师承认了错误。林儒丫由于经常挨饿的原因，心脏病发作，丽萨以为是自己扔了馒头把林老师气病了，非常内疚，当着学生们的面承认了自己扔馒头的事。曾倩倩知道后，让学生们不要外传。丽萨悔恨不已，但同学们都原谅了她。最后，大家伙商量，每次吃饭剩下来馒头，送到医院给重病号吃。
小马在运送粮食返回基地的路上，汽车抛锚，他让另一位战士立即徒步返回基地请求救援，但此时基地已经无车可派。于是何玉山带着战士，拿着筐去接粮食，而此时看护粮食的小马，却因为又渴又饿晕了过去。
第15集剧情介绍：何玉山辞官
何玉山接到消息，立刻组织保障部所有人挑着担子和筐长途跋涉来运粮食，到达地点及时将小马救了过来。深夜，建国和妹妹建英还守候在基地大门前等着爸爸回家，林玉洁找到他们劝他们回去，这时，远远的就看见何玉山带着队伍回来了。建国兴奋地扑进爸爸的怀里。忙碌了几天几夜，何玉山依然没有休息，他伺候着老婆孩子洗脚，让李玉洁非常感动。
老何一家来到项怀瑾家作客。李一婵亲自为他们煮了咖啡。老何认真地听项怀瑾给他讲解核裂变和核聚变，听到核反应的威力如此巨大，何玉山对项怀瑾和科学家们感到由衷的敬佩。这时咖啡煮好了，但老何喝了一口就吐了出来，他觉得咖啡太苦了，原来是咖啡没有加糖，但国家正处在困难时期，根本就买不到糖。
徐远征为了尽早完成施工，半路上劫了水车，保障部的老杨和小马同他们争执起来，何玉山赶来，为了完成工期，就下令将这车水送给徐远征。老杨和小马不得不再去生活区拉一次水，途中遇到一条小河，两个人痛痛快快地洗了一次澡，但老杨没有发现，自己被蚊子叮了下的地方，流血不止。
由于铁路运输还没有恢复，基地样样都缺。科研所实验室需要五斤白糖做实验，何玉山派人到乌鲁木齐去买白糖也没有买到，只得带回五斤红糖，何玉山将红糖送到科研所，惹得李一婵发了脾气，因为白糖富含高热量，试验只能用白糖，却没想到老何拿来红糖来敷衍。与此同时，徐远征刚刚盖起的房子由于水质量不达标，统统都要被拆除。白糖和高质量的水源，成了何玉山最难办的事情。
老杨告诉何玉山，他在一个地方找到了两个泉眼，那里的水质量不错，而且离基地很近，何玉山非常高兴，派老杨和小马一起去水源地取水。二人到了目的地，小马立即开始取水，但这时的老杨却倒下了。老杨被送到医院，林玉洁说老杨得了败血症，必须用青霉素治疗，但医院青霉素早就用完了，小马联系在乌鲁木齐找白糖的何玉山，让他从乌鲁木齐带回青霉素，何玉山风驰电掣的赶回基地，老杨已经故去了。
老杨的死，让何玉山非常悲痛，为此他还朝不断要求水源质量的项怀瑾发了脾气，受到了张司令的批评，他向张司令递交了辞职信，打算辞掉保障部长的职位。何玉山带着建国、建英找到即将生产的老杨爱人王桂花，把自己家的粮票和钱都给了她。但何玉山隐瞒了老杨死亡的消息，只对王桂花说老杨是出去执行任务去了，一时半会还回不来。
第16集剧情介绍：桂花得知老杨牺牲
何玉山来到老杨墓前陪老杨聊天，张副司令赶来问何玉山到底遇到了什么困难。何玉山告诉司令，辞职是他经过深思熟虑决定的，那么多战友在戈壁滩牺牲了，他有责任。司令员临走时希望他能够不忘参加革命的初衷，不要为战士们的牺牲击倒。何玉山从被悲痛中醒悟过来。继续投入到保障部工作当中。
基地副业队成立，队员们都来自全国各地，送牛奶的李奶奶也加入进来。何玉山还特地带了几位战士，让副业队队员收他们为徒，将来更好的服务基地。
建国和丽萨来看王桂花，缺遇上了桂花分娩，两个人立即叫人两桂花送到了医院。很快桂花的孩子降生了，这也是马兰基地诞生的第一个婴儿，整个马兰都因为这件喜事而生机勃勃。为了给王桂花补充营养，大家送小米，送花生，大枣，丽萨还给桂花送来自家养的鸡孵出的鸡蛋。
但很快，基地保卫处的人就将丽萨家的鸡没收了。副司令开会，专题研究这件事。保卫处说基地有规定，不能养鸡，这样影响军队形象。但何玉山认为，面对如此艰苦的环境，为了马兰的孩子和病号，养几只鸡没什么。但张副司令想的更长远，基地不能总依靠国家的支持，而是应该生产自救，为了基地的长远建设，不但要养鸡，还要有基地的养鸡场，水库，农场，副司令员将这些重要任务都交给了何玉山。
何玉山亲自来项怀瑾家送回没收的鸡，项怀瑾邀请他进屋坐，但何玉山拒绝了。项怀瑾觉得老何还是在为老杨的死而怪罪自己。而李一婵也以为老杨是为送红糖的事心里不痛快。两家的关系也逐渐降温了。
李一婵怀孕三个月，夫妇俩到医院检查，不小心说出了老杨牺牲的消息，被王桂花听到，瞬间就支撑不住了，从此开始不吃不喝。由于这件事，何玉山对项怀瑾的误会更深了。丽萨和建国为了缓解两家关系，亲自上手给桂花阿姨做酱油，却差点引起火灾。桂花很受感动，决定留在马兰，加入副食队，让老杨能够亲眼看到孩子们的成长。
第17集剧情介绍：伤寒病两冤家同病房
为了缓和两家关系，林玉洁邀请项怀瑾一家来家里做客，还让老何去买酱油，给两家人做一顿酱油拌饭。但老何酱油没买到，却带回一瓶醋，心急得建国拿起瓶子尝了一大口，酸得他吐在了地上，这样的小插曲，让何玉山消除了隔阂。
基地的人越来越多，何玉山整天忙的团团转，大半夜回来直接倒在了床上，刚睡着就被叫醒，原来是从大河沿来了一切家属，到现在都没基地。何玉山乘车来到大河沿，找到了因为汽车故障逗留在这里的家属。
安顿好家属，已经是早上了，本以为终于能睡个好觉，徐远征又砸开了他家的门，质问他为什么总给工兵团送粗粮？何玉山很生气，基地条件艰苦，细粮都是给伤员和科研人员的。徐远征临走时还忿忿不平，骂他是何老抠。本来累的睁不开眼，但经徐远征这么一闹，何玉山一点睡意都没了。
基地流行伤寒病，徐远征和何玉山都病了，被安排到一个病房，两个人全身发冷躺在床上，还不忘斗嘴比谁先死。经过半个月的细心诊治，两个人康复出院，徐远征在何玉山家喝酒，何玉山拜托徐远征给儒丫做工作，让儒丫劝曾倩倩和杨振禄处对象，徐远征满口答应下来。
酒醒后的徐远征果真向妻子提及撮合倩倩和杨振禄的事，但林儒丫却不愿意做这种难为人的事，两个人吵了起来，林儒丫把徐远征撵了出去，徐远征只得再回到医院里住院。何玉山知道这件事后幸灾乐祸，还跑到医院里对徐远征冷嘲热讽一番。但徐远征这次倒是哑口无言，只是蒙着被子不理会老何。
孩子们放了暑假，建军和小伙伴们准备礼物出发去寻找建军，为了吸取上次迷路的教训，这次建军每走一段就留下了标记。他和小伙伴们在路上意外发现了国民党飞机坠落的残骸，正不知道怎么办时，从远处开来了一辆吉普车。
第18集剧情介绍：何玉山釜底抽薪
何玉山为了撮合杨振禄和曾倩倩的事和妻子吵了起来，林玉洁坚持这种事两厢情愿，不能硬把两个人捏合在一起。两口子吵架难免翻到陈年旧账，何玉山自知理亏多了出去，和徐远征一起住进了医院病房，白天还是他笑话徐远征，这回徐远征也来劲了。两个人躺在床上感叹现在妇女地位真是高了，他们这些人战争时期指挥千军万马，但是回到家里老婆都搞不定。
在外躲着不是办法，两个人过了一夜还是乖乖回了家。晚上临睡时徐远征和林儒丫聊到生孩子的话题，林儒丫用手表计算着自己的心跳和脉搏，因为林玉洁对她说，想要孩子，自己救不能累着。林儒丫怪自己没有一个好身体，不能给徐远征生儿育女。但徐远征对她说真的生不了就不生了。林儒丫在徐远征手上写了个“好”字，寓意儿女双全，才叫好。徐远征偷偷到医院检查，生怕沿途被别人看见，但到了化验时他却跑了出来。
小马经常来学校看曾倩倩和孩子们，还特意给曾倩倩带来稀罕的水果，这让曾倩倩很感动。两个人的关系也是与日俱增，而这些林儒丫都看在眼里。回到家里，徐远征又问起曾倩倩的近况。林儒丫坦率地说，曾倩倩看上了小马，但小马只是个少尉排长，而且还很年轻，那么年龄大的老兵和连营长都没有对象，徐远征决定找何玉山唠叨唠叨。
何玉山知道这个情况后，决定釜底抽薪，他找到汽车团团长，暗示他个人问题要照顾老兵，年轻同志可以先放一放。汽车团团长当然知道他是有所指，马上召集汽车团开会，在会上，团长没有说小马的名字，但话里话外点了小马，言外之意年轻人来这里要艰苦奋斗干事业，个人问题要先放放。
何玉山使出这样的计策，却还是不放心，因为杨振禄实在太笨，于是决定加快进度。他把学校的事都交给杨振禄负责，让杨振禄去修学校老师的宿舍，他的想法是只要两个人多见面，关系就自然拉近了。但等了许多天，两个人依然没有任何进展。这时马兰下起了少有的大雨。医院护士宿舍漏了雨，何玉山赶到的时候发现来串门的曾倩倩也在，于是就把曾倩倩请到自己家去住，然后叫人让杨振禄马上到他家来。
在何玉山家，老何两口子当着杨振禄的面一阵夸他，但曾倩倩只是像听故事一样耐心听着。而老杨更是没有眼力见儿，他一心想的是趁着天下大雨让战士们多接点雨水，好好洗一洗。根本没有领会到何玉山把他叫到自己家的目的。老何恨铁不成钢，便让杨振禄赶紧滚蛋。
第19集剧情介绍：小马为救建国牺牲
小马外出执行任务，建国趁小马不注意偷溜进了小马的车里，半路被颠簸得晕了车。这时小马才发现建国在自己的车上，只好带着他去执行任务。回来路上，车路过找到建军鞋子的那片胡杨林，建国坚持下车去胡杨林找弟弟，小马不得不陪着他，但走到半路建国陷进了流沙中，小马手疾眼快把建国救了出来，但自己却被流沙吞噬了。基地为小马举行了告别仪式，曾倩倩来到小马目前，说出了自己喜欢他的心意。
李一婵分娩入院，大家都聚在一起等孩子出生，但预产期还没到，李一婵又长期带病工作，这不得不让等在外面的项怀瑾忧心如焚。没多久，孩子出生了，母子平安，张司令亲手抱起了孩子，这也是在马兰出生的第二个孩子。
孩子们放假百无聊赖，但听说医院建了个仓库，里面没准有好东西。几个孩子撬了仓库门锁走进仓库，偷拿了许多化学药品，在戈壁滩上做实验，但这些药品接触空气却剧烈地燃烧起来，险些引发爆炸，何玉山因此将建国拎回家里狠揍了一顿。
丽萨好几天没来上课，让建国牵肠挂肚，没多久丽萨跑来告诉建国和小伙伴，她和母亲要回北京了。丽萨走后，建国像丢了魂似的，上课什么都听下去。科研所的科研人员陆陆续续地都走了，基地内部盛传上级要裁撤基地的消息，但谁也不知道这是为什么。几个孩子还以为是上次他们偷拿仓库药品的事连累这些叔叔阿姨，一个个找到林儒丫承认错误，但林儒丫告诉他们，叔叔阿姨的离开和他们没有关系。
张副司令找到何玉山和徐远征，告诉他们三年困难时期已经过去，现在的主要精力是恢复国民经济。所以上级决定基地建设要暂停，人员也都要先内地，让何玉山和徐远征做下面的工作，但二人自己都想不通，怎么做下面的工作呢？总部首长和军委领导来马兰听取基地建设的意见，何玉山站起来发言，他沉痛地说道国家的历史和自己亲身的经历，从前被动挨打，参加革命后因为武器落后看着战士们牺牲，所以一定要造出自己的原子弹，才能扭转这个局面。他的讲话感动了在场的所有人。
不久，台海局势风云突变，美国咄咄逼人，蒋介石集团扬言反攻大陆，局势的严峻上党中央下决心一定要搞出自己的原子弹来，因此决定让周总理挂帅成立专门委员会，基地的建设绝不能停，而且还要提前。这让忐忑多日的何玉山和徐远征都非常高兴。
第20集剧情介绍：基地面貌大变样
中央高度重视，基地各项建设都在加快进度，只有何玉山明白，等待他的困难会比以前更多，但徐远征却说没什么能难住何老抠。何玉山对他说只要他少跟他顶着干，捎给他找麻烦就行了。
科研人员陆陆续续返回马兰，建国和孩子们又见到了多日不见的丽萨。而此次来到的不仅是原来基地科研所的科研人员，还有来自全国高等大学的高材生，科研所的力量更加强大了。
为了能够让在工地拼命干活的战士们在休息期间更好的放松，林儒丫和曾倩倩带着孩子们到工兵团给战士们演节目。节目结束后孩子们在工地上活动，柱子不小心碰倒了一根电线杆，幸好柱子被执勤的战士拉到了一边，才没被电线杆砸中。战士们告诉他们，这些电线杆是直通北京的。
经过一年的火热建设，基地的条件渐渐好了起来。战士们都搬进了新建的军营，一座座楼房拔地而起，学校也建设起了明亮整洁的新校舍。但摊子铺大了，自然就会引人注意。美国U2侦察机频繁在马兰上空盘旋，试图搜集我核试验基地情报，被我军击落。这让司令员赶到，工程必须加速。他找到何玉山，徐远征，告诉他们工程必须提前完工，各部门都要快马加鞭。
何玉山更加忙碌了。一会儿是精密设备，一会儿又是摄像镜头，这些都和未来的核试验有紧密的关联。科研所需要十六口大锅充当设备防护罩，何玉山转遍了整个基地，只找到十五口大锅，最后不得已征用了副食队的大锅。何玉山东奔西走，在办公室黑板上写着“找，一定要找到，必须要找到！”这样的标语时刻提醒自己。
学校要成立鼓乐队。而建国、援朝几人早就看着学校那些新鲜的乐器眼馋了，可鼓乐队名额有限，几个孩子并没有被选入鼓乐队。于是几个人找曾老师求情想办法。曾倩倩只跟孩子们说心中有数，并没有明确答复他们。小欢和援朝半夜偷偷溜进乐器室，将乐器带了出来。
第21集剧情介绍：巡逻队横穿罗布泊
偷拿乐器的援朝和小欢叫醒了建国，三个人就深更半夜练起鼓来。到了第二天上课，三个人因为睡的很晚，都打起瞌睡来。下课后，曾倩倩说乐器室少了一个鼓，问是不是他们拿的，但建国几个人却不承认，都借口上厕所跑出了出去。深夜，几个人正在练鼓，这回被曾倩倩抓了个正着。曾倩倩告诉他们，学校鼓乐队要扩大，学校已经同意他们加入了。几个人都很高兴，这才安心地去睡觉。学校落成仪式当天，建国和几个小伙伴果真成了鼓乐队的成员。
张司令找何玉山谈话，他为何玉山建军会是一个什么情况。何玉山心里也清楚，一望无际的大戈壁，建军几乎不可能独自活下来，但是，他失去了不仅是建军，还有像王大头、小马这样的好战友，只要原子弹试验成功了，他们的牺牲才才有价值。张司令员告诉何玉山，基地要成立一支七人组成的“打猎队”去执行一项艰苦而又重大的任务，让杨振禄担任队长。打猎队成立后，杨振禄和队员们一支坚持体能训练和徒步行军。张司令员找到何玉山，让打猎队队员们每个人写一份遗嘱。何玉山将司令的命令传达给杨振禄，还叮嘱他，作为队长，一定要把事情想周全，尽量避免战士们的伤亡。
何玉山一直不知道打猎队要执行什么任务，还需要写遗嘱。张司令在打猎队出发的前两天将任务告诉了他，这次打猎队要执行的是巡逻试验场区的艰巨任务，任务时间半年，徒步八千里，主要任务是防止敌特破坏，还有要找到周边的牧民，一面伤及群众。何玉山这才明白，这项任务九死一生，他找到妻子，询问他有没有能在关键时刻保命的药物，让战士们带上，林玉洁想到了让战士们带上葡萄糖。
巡逻分队出发执行任务，临走时何玉山交待让他们一定要记住补给点的位置和距离。巡逻队徒步穿越茫茫戈壁，首要的是找到水源。他们在一处小水塘边宿营，却发现周边一直有野狼出没。
何玉沙来找曾倩倩，告诉她杨振禄这次执行任务非常艰巨，如果他能活着回来，曾倩倩是否能答应和他谈恋爱，但曾倩倩却无法回答何玉山。何玉山希望，曾倩倩能时刻想着杨振禄，这样即使在千里之外，杨振禄也会感应到，他相信爱情的力量可以创造奇迹。
建国向同学们讲，爸爸何玉山每天都通过无线电收到巡逻分队的汇报，他们在戈壁滩上发现了绿洲，每天与狼共舞，充满了传奇。而这些都被曾倩倩听到了。杨振禄和队员们在巡逻过程中发现了骆驼的脚印，大概有五六头之多，很可能是人为留下的，只是他们不知道，这些人到底是放牧的牧民，还是敌特分子。
第22集剧情介绍：巡逻队成功归来
巡逻队立即将情况发电给上级，上级指示一定要查明情况，于是巡逻队顺着脚印探查，最终望见了几只野骆驼，脚印就是它们留下的，警报解除，队员们迅速清点装备，准备继续前进。原子弹爆炸的关键数据被运算出来，项怀瑾和同志们非常高兴，把酒言欢。因为他们知道，离原子弹爆炸的一刻越来越近了。但他不知道，此时他的儿子项阳却紧急入院，林玉洁查出孩子患有重度贫血，必须住院，但一婵研究所的工作不能中断，只好把孩子托付给玉洁照顾。
戈壁滩刮起了大风沙，巡逻队还在艰难行进。一个战士倒地，杨振禄马上上前抱起了战士，但这时他的指南针掉在了黄沙中，迅速被黄沙淹没。失去了指南针，没有了方向，他们只能继续往前走。曾倩倩找到何玉山，告诉他尽快组织人献血，现在急需A型血给一婵的孩子输血，何玉山二话不说挽起袖子让一婵抽，因为他是O型血。曾倩倩也来找何玉山，打听罗布泊情况。何玉山合计着曾倩倩打听罗布泊，一定和杨振禄有关系，暗笑杨振禄这次终于有机会了。
转眼到了第六个月，按照指定时间，巡逻队应该回来了，但至今却没有消息。张司令很担心。与此同时，巡逻队的水都喝光了，队员们的体力也达到了极限。整个巡逻队只剩下三只葡萄糖，七个人将三只葡萄糖分喝后，继续前进。不久，他们发现了前方的绿洲和河流，巡逻队终于顽强地挺了过来。
巡逻队已经比预定回来时间超过了六天，张司令甚至已经准备好了这七个人的烈士证书，曾倩倩带着孩子们玩游戏，远远地看到七个战士互相搀扶着走了过来。他们横跨八千里罗布泊，正是靠着要让祖国强大的信念，才创造了这一人间奇迹。杨振禄死里逃生，何玉山当然不能让他闲着，第一时间带着他来学校找曾倩倩，还让杨振禄将获得的军功章送给曾倩倩，曾倩倩认为礼物太贵重，自己不能收，但杨振禄一句话没说就走了。
何玉山不断提点杨振禄要积极主动，杨振禄只能连连称是，有个女孩子送给杨振禄一双新鞋，何玉山告诉他是曾倩倩送的，杨振禄来感谢她，她却说鞋子不是自己送的，问明情况后杨振禄才知道，这双新布鞋是王桂花送给他的。何玉山看到杨振禄在副食队帮忙，还告诉自己的警卫员，让他向杨振禄学习，热心帮助别人。
项阳病重，在医院过世，李一婵甚至没有来得及儿子最后一面，他怀着巨大的悲痛，祝福林玉洁，不要把儿子过世的消息告诉老项和丽萨。司令员找到徐远征，让他担任安全防护队队长，负责在原子弹爆炸后率先进入爆区，负责取样和其他安全防护工作。
第23集剧情介绍：徐远征向妻子隐瞒工作
司令员告诉徐远征，防护分队要在爆炸后冲向爆心，极易受到辐射侵害，因此，他出任分队队长之前，必须经过老婆林儒丫的同意。而此时，林儒丫正在医院询问林玉洁要孩子的事，林玉洁还是让林儒丫说服老徐来医院检查一下，如果真有问题，就能够对症下哟治愈。
林儒丫回到家中，发现徐远征正在家里等他。两个人互相有事，但林儒丫首先开口让老徐去医院检查，老徐还是不同意。话题被岔开，老徐就没有再提去防护队的事。第二天，徐远征找到司令员，谎称林儒丫对他去防护队的事情每意见。司令员给他调了两个班，让他投入先期演练。
徐远征带着队员穿着厚重的防护服在戈壁滩上训练，汗水都从手套里流了出来。何玉山来到训练地点，告诉徐远征，他不适合当这个防护队队长，但徐远征没有理会他的意见。何玉山找到司令员，建议自己接替徐远征当防护队长。司令员知道何玉山这是担心徐远征的安危，但命令已经下达，徐远征在朝鲜战场上曾经干过一段防护工作，有一些经验，所以他觉得徐远征比何玉山更合适这个工作。
何玉山为了犒劳防护队，特意在食堂给他们开了小灶。但徐远征看见其他战士们吃的都是青菜，于是将给他们的肉都倒进了战士们的盆里，告诉他们基地战士人人平等，有好吃的大家就要分享，赢得一片掌声。
何建国在自习课上偷画丽萨，总是向偷瞄丽萨，被丽萨发现。结果老师收作业，将何建国的画作收走了。正巧这时响起了防空警报，大家都纷纷跑去防空洞，建国偷偷回教室替换掉作业，结果被丽萨发现了他的画，还生气地对他说把她画丑了。老师发现建国和丽萨不见了，到教室找到了他们。不一会，警报解除，原来，这是基地组织的一次防控演习。
建国他们看到防护队训练，偷偷穿起了防护服，被徐远征发现，让他们带着防毒面具在训练场跑了好几圈，三个人被憋着喘不过气来，听到徐远征喊停马上摘掉了防毒面具。由于他们这次顽皮，何玉山不得不去学校开一次安全防护教育，不但做了自我批评，还当场点名批评了建国。建国和援朝亲自找徐远征承认错误。建国还拿来了母亲给徐远征的葡萄糖。建国走后，同事对徐远征说，他和何玉山争斗了半辈子，但在生儿子这件事上，他是落后了。
徐远征看着别人带着自己的孩子到处玩，也很羡慕。回到家中，他建议林儒丫辞掉学校的工作，在家专门养身体，生孩子，但林儒丫说，学校的孩子对他来说也很重要，况且她有手有脚，在家里根本待不下去。
第24集剧情介绍：林儒丫流产
项怀瑾夫妻俩没日没夜工作，只能通过一组组数据互寄思念。丽萨发现自己家的鸡窝里有一封给她的纸条，上面写的都是慢慢的喜欢之意。丽萨带着纸条来找一婵，被一婵发现。一婵没有责怪丽萨，但是她非常好奇这个给丽萨写纸条的人是谁，要喜欢她的女儿，必须征得她的同意。丽萨想念弟弟，一婵只能骗她说弟弟回老家了，由姥姥姥爷照顾，等原子弹试验成功，他们就回去找弟弟。
林儒丫向林玉洁询问自己的身体状况是否可以要孩子，林玉洁坦诚告诉她，以她现在的身体状况，要孩子会有风险。但林儒丫却说只要能要到孩子，什么风险能愿意冒。
丽萨下课后在建国背后写了几个字“放学后，沙坑见”。建国心领神会，放学后来到沙坑找丽萨。丽萨问建国是否知道她为什么在这里见他，但建国却摸不着头脑。丽萨挑明有人给她写纸条，但建国却问纸条的内容，丽萨知道纸条不是建国写的，就没有再说下去。
老项抽空来看望一婵，给妻子带了好多东西。他提议带着女儿和儿子再去照一张全家福，而且说他非常想儿子，有一天做梦抱他却抱不住。一婵强忍悲痛，没有告诉老项儿子已经不在了，只是说等有空了再去。老项走后，一婵再也难掩悲痛，痛哭失声。
曾倩倩前一阵遇到了自己的同学，哈工大的高材生赵文杰，没想到没隔几天赵文杰就来学校找她。双方各自询问近况，赵文杰说他接到通知，分配到防护分队当技术员。林儒丫终于怀孕，徐远征高兴地和她一起看电影，到了电影院，发现丽萨和欧敏因为没有电影票徘徊在大门口，就将她们带了进去。建国和援朝早就等在放映厅了。在放映厅里，建国发现曾倩倩和自己的老同学赵文杰在一起，而杨振禄却和王桂花坐在一起。
电影放到一半，林儒丫突然感到肚子疼，被徐远征搀扶回家。第二天早上起床，林儒丫发现自己下身出血，徐远征赶忙将她送到医院。林玉洁将林儒丫突进处置室，徐远征在外面焦急地等待着，不一会儿林玉洁走出来，告诉徐远征，林儒丫这种状况恐怕将来无法生育了，但徐远征却告诉林玉洁无论如何要保大人的命。
第25集剧情介绍：李一婵病重
这一年的暑假，基地各方面工作都紧张起来，许多工作人员都离开了基地执行任务，同时也有很多人进驻基地。李玉洁也得到了任务，要出差一段日子，他和何玉山都不在家，只能留下建国和建英两个孩子。走之前林玉洁叮嘱建国一定要照顾好妹妹。建国和建英第一次没有父母的照顾独立生活。
林玉洁不放心，走之前还是通知同事小郑去照顾两个孩子。当天夜里，妹妹建英生病了，建国和小郑阿姨一起将妹妹送进了医院。第二天妹妹醒来后，对建国说想吃面条，建国马上从家里做了一大盆面条给妹妹。在建国的照料下，建英很快痊愈出院了。同学们都到建国家提供帮助，因为妹妹总吵着要吃妈妈做的饺子，而这天正赶上建军节，按照惯例食堂都会包一顿饺子。因此大家提议去食堂帮厨，顺便学学包饺子的手艺。
林玉洁出差回来，面对的是建国和丽萨为她准备的饺子，这让她百感交集，感叹着孩子们真的长大了。建国和小伙伴在戈壁滩上玩耍，看见不远处总有飞机起落，就和小伙伴们坐下来看飞机，一会儿是战斗机、一会儿又是轰炸机，直升机，让孩子们开了眼界。
李一婵突然晕倒住院，醒来后却要回实验室。林玉洁告诉他已经叫了北京的专家和仪器过来，要对她进行一次全面检查。李一婵拜托林玉洁，不要将她住院的消息告诉老项和丽萨。徐远征带着防护分队在训练场上不停训练，何玉山看到徐远征明显瘦多了，但徐远征却说自己每天穿着防护服跑来跑去，不想吃饭，只想喝水。
丽萨来医院看到妈妈非常痛苦，总是不住的咳嗽，喘气，请求大家帮忙排演一处布偶剧《仲夏夜之梦》给妈妈看，让妈妈高兴高兴，结果几个孩子把布偶戏演的一塌糊涂。但一婵知道，这是女儿的一片孝心。他告诉丽萨不要来看她了，自己的病马上就会康复。
经过北京专家确诊，李一婵之前有肺结核病，又由于过度劳累，肺部已经高度钙化，接近衰竭，而且其他并发症正在向其他脏器转移。林玉洁来到病房，发现丽萨正在收拾行李要返回实验室，因为这时的科研所已经到了最后的关键时刻。但林玉洁说她的病情不允许她再工作下去了，必须留在医院治疗。
第26集剧情介绍：徐远征险些被撤职
赵文杰来防护分队正式报到，徐远征让他参加防护队的训练，但这位高材生的身体根本无法支撑如此刚强度的训练，一开始徐远征还鼓励他坚持训练，但几天过后赵文杰就倒在地上不肯起来，徐远征恨铁不成钢，将赵文杰从地上拽了起来，骂他是怂兵，没想到一松手赵文杰就倒了下去，训练场上盛传徐远征打新兵。
项怀瑾回到家中，听丽萨说一婵感冒住院，但他在将文件放进抽屉时看到丽萨留在家中的药，才知道真相。司令员将徐远征找来，狠狠骂了他一顿，作为团级干部竟然当着那么多战士的面打新兵。徐远征被就地停职。何玉山又来找司令求情，临阵换将是大忌。而赵文杰得到消息后也主动找司令员说清情况，徐远征并没有打他，而是他自己没站住倒地的。
何玉山晚饭时间找到徐远征，徐远征告诉老何自己老婆还不知道自己被停职，希望他帮自己兜着点儿。何玉山二话不说做到饭桌上，和徐远征喝酒，林儒丫知道两人要谈事，借故离开。看着徐远征垂头丧气的样子，何玉山却净说风凉话，摆出一副幸灾乐祸的样子。但徐远征只是觉得遗憾，自己无法冲入爆心，他希望老何接替这个工作，进入爆心，回来好讲给他听，何玉山对徐远征说他的事组织上还在考虑。
徐远征认为自己这次肯定要调离马兰，走之前他来到学校，告诉同学们他不再担任学校课外辅导员了，以前编得那些时时刻刻盯住他们的话也只是为了让他们好好学习。现在，同学们的学习都有进步，他放心了。而这时何玉山也带来了基地政治部的处理决定，让徐远征继续当防护分队队长，徐远征激动地和老何抱在一起。
林儒丫得知徐远征在防护分队工作，但问起他是否有危险，他总是说没有任何危险。林儒丫由于担心徐远征，在加上学校上课过度劳累，病情加重，徐远征拿着诊断证明找到司令员，林儒丫的身体无论如何不能再在学校上课了。司令员研究再三，和何玉山通了气后，打算让小林当学校副校长，不用再给孩子们上课了。
建国帮忙搬物资，被阿姨奖励了三块巧克力，建国把其中一块送给丽萨，还有一块要留给弟弟，但丽萨劝他，要面对现实。林玉洁也下了最后的决定，他们不能再欺骗自己。他来找何玉山，希望何玉山和一家人一起，在建军忌日那天带着建国去出事的地方看看，坦然地告诉自己的孩子建军永远不会回来了。但建军忌日当天，何玉山却接受了一位战友的请求，去大河车站处理战友爱人政审的事去了。林玉洁给他打电话打不通，只好决定自己带着孩子去建军失踪的地方。
第27集剧情介绍：老项得知妻子病情
同事程营长的妻子过不了政审，被堵在了大河沿，何玉山只能临时去大河沿车场了解情况，无法和全家人一起去纪念建军的忌日。然而基地规定严格，程营长妻子又海外关系，保卫人员无法放行。于是何玉山找到司令员，司令员决定先让程营长两口子见面，政审需要基地党委讨论。
林玉洁带着孩子们到了建军失踪的地方纪念建军，而建国也终于接受了建军永远离开的事实，他们将建军生前的衣物埋了起来，就当做建军的衣冠冢。奔波了一天的何玉山回到家里，妻子却埋怨他为什么不去悼念建军，不是只有他一个人忙，何玉山知道自己对不起妻子，对不起这个家，但为了工作，自己实在是无法顾及家里，他请求妻子的原谅，但妻子却没有理他。深夜，何玉山只身一人来找建军聊天，他对孩子充满了自责，但他知道，他这不是为了自己，而是为了这个国家，这个民族。
同事劝项怀瑾回家陪陪妻子和一双儿女，想到前日发现一婵的药瓶，项怀瑾也非常不安。老项打电话到科研所，却得知妻子一直都没有上班。项怀瑾找到林玉洁，询问一婵病情，但林玉洁一开始只说是病毒性感冒，项怀瑾掏出药瓶，林玉洁知道瞒不住了，只好把真实情况告诉了老项，同时也把小项阳夭折的消息告诉了他。
妻子病危，孩子的病亡，这些消息让老项摇摇欲坠。但他还是坚持着来到病房看望李一婵，也并没有告诉她自己得知她病情和儿子夭折的消息。而李一婵在医院里心心念念的，还是国家的科技发展。项怀瑾告诉他，离原子弹爆炸那一刻不远了。
徐远征带着防护分队一直坚持艰苦的训练，他告诉防护队战士们，谁拖后腿，谁就要尝尝他的“毛栗子”。为了激励战士们，他带头唱军歌，但高强度的训练还是让徐远征晕倒在地。醒来后，他并没有休息，而是继续带着战士们训练。
建国和孩子们听学校护工老兵韩大爷将战场上的故事。韩大爷讲述在一次战争中，一位战友受重伤，他们就叠千纸鹤为他祈福。丽萨也要叠千纸鹤为李一婵祈福，大家也都愿意忙着丽萨叠纸鹤，为李阿姨祈福。深夜，建国在家叠纸鹤，但怎么也叠不好，何玉山建议让他去找曾倩倩。
第28集剧情介绍：0时计划正式启动
建国找曾倩倩学习叠千纸鹤，没想到被援朝抢先叠了出来，很不服气。两个人为此事争吵起来。正巧丽萨想再为妈妈演一场木偶剧，建国便提议演《陈香救母》，让援朝演二郎神。曾倩倩来找桂花，说到杨振禄，曾倩倩觉得桂花才适合和杨振禄在一起，而自己心里已经有人了。
为了基地更好的建设，基地党委决定让一部分老兵退伍，并加入到基地职工队伍当中。何玉山和徐远征找到司令员，请求不要让老兵退伍。但司令员坚持这是命令，必须执行，而且两个人的老部下杨振禄和钱化德就在这批退伍战士之列。走出司令员办公室，两个人合计怎么才能把杨振禄留在队伍里。
林玉洁在医院里细心照料一婵，但一婵知道，自己的时间不多了。丽萨和建国、援朝来到医院看望一婵，建国更是将自己叠了许多天的千纸鹤拿出来，挂满了一婵的病床。
司令看了何玉山递交上来的报告，报告中擅自更改规定，没有把杨振禄加入到退伍人员名单中。司令员大发脾气，认为何、徐二人是在给他惹麻烦，捅娄子，但最终在何玉山动容的劝说下，司令员答应二人在原子弹爆炸前，继续让杨振禄穿着这身军装。
建国向丽承那张纸条是他写的。丽萨很生气，援朝冲上来和建国扭打在一起。两个人打得鼻青脸肿之后才不得不承认，他二人都喜欢丽萨，但丽萨却说自己长大了要像妈妈一样当一位科学家，也要像妈妈一样嫁一个科学家。建国和援朝都不得不承认，凭他们的学习成绩，根本当不了科学家。
党中央确定了原子弹爆炸时间，何玉山第一时间得知了这个消息，原子弹爆炸时，为了统一指挥基地主控站，就必须找准时间。他将基地所有的手表都收集在一起，打开收音机，和建国一起检查到底那支表最准确。结果竟没有一只表准时准点，何玉山不得不坐飞机去钟表展览会找那块精确无误的表。临走前，何玉山到医院看望了一婵。
第29集剧情介绍：中国首次核试验成功
一婵得知何玉山去北京的任务后，将手腕上的手表交给何玉山，这块手表是她的祖父作为嫁妆交给她的。她自知时日无多，但他对死亡并不恐惧，唯一遗憾的是无法和基地的同志们一起并肩战斗，她希望通过这块表，为核试验尽最后一份力。
徐远征和防护分队押运原子弹装备零件日夜兼程赶回核试验场。而何玉山也不辱使命找到了全中国最精确的一块表，而他也将一婵交给他的手表交给司令员，司令员代表基地收下了这块无比珍贵的手表。
美国通过侦察得知我国准备核试验，并威胁破坏，因此，核试验的全流程都被冠以代号，而核试验的时间代号为“零时”。徐远征押送的原子弹零部件成功返回基地。张爱萍将军作为核试验总指挥也入驻马兰，工作人员也在分批到达，一时之间马兰的帐篷绵延千里。
项怀瑾深夜来探望妻子，由于在原子弹时报时间确定和安装完毕后，试爆点环境和气候就成了核试验能否成功的关键因素，但对核武器所能承担的最大气压值正负差的不包容概率到底有多低，他心里没有底，更不知道自己是否应该上报这个问题。李一婵告诉项怀瑾，科学容不得一丝侥幸，他应该立刻将这个问题汇报给上级。
项怀瑾将问题上报给司令员，并建议立刻上报北京，请求核武器研究所的技术支持。核武器研究院计算出的概率为万分之一，与项怀瑾得出的数据相同，一切都按原计划进行。核试验进入到了最后的准备工作，司令员却让何玉山返回基地，负责人员的安全撤离，在路上，何玉山见到了徐远征，他告诉徐远征，林玉洁对他说，林儒丫已经怀孕了。李一婵病危，弥留之际，她拼着最后一口气，让林玉洁将他推到外面，她要亲眼看到那团蘑菇云。
中国第一颗原子弹，在预定时间，成功爆炸。徐远征带领防护队第一个冲向了爆心。所有人都万分激动，欢呼雀跃，而李一婵也在看到自己一生的理想成为现实后，欣慰地闭上了眼睛……
