二十世纪八十年代初，中国航天事业进入一个全新的发展时期，返回式卫星多次试验成功，通信卫星也进入实施阶段。组织安排软件专家赵汉章（李雪健饰）改行任政委，他虽不忍心放弃自己热爱的专业，但还是服从了组织的安排。
赵汉章到军队院校接怍了一批大学毕业生，由于观念的差异，新老科技干部之间互有看法。在对国产计算机的改造工作中，孙伟和李辉等一批年轻人积极请战，与老同志一起加班加点，潜心攻关。在共同的工作中，新老同志相互理解、相互融合、相互信任。
设备改造刚完成，传来苏联1402号核动卫星失控即将陨落地面的消息，中央军委命令测控技术专家部对这颗可能带来灾难珠卫星实施观测和拦截。经过反复观测和计算，他们确定了该卫星陨落的时间和方位，与卫星实际陨落时间仅差2分钟，与实际落区非常接近，跟世界航天测控界进行了一次成功的对话，显示了中国航天测控领域非凡的计算能力。
李辉、孙伟、...
上世纪四十年代，加州理工学院终身教授钱学森（陈坤 饰）因为美国兴起的反共言论而备受打击。他的尖端技术研究被迫中止，并被责令出境。钱学森心系祖国，归心似箭，而意识到钱学森的巨大价值的美方又对其归国设置了重重障碍，甚至以间谍罪逮捕钱学森。最终，宣告无罪的钱学森被长期软禁在家 中。
钱学森写信辗转与祖国取得联系，周恩来授命用11名美国战犯飞行员换回了钱学森。
面对新中国技术、人才、工业等各方面的空白，钱学森带领科研人员从仿制入手，根据现有技术和条件逐步研究、完善，奠定了中国导弹的基础。
1960年11月，第一枚导弹试射成功。
1964年10月，第一枚原子弹试验成功，钱学森又承担起了研制火箭运载原子弹进行远程攻击的任务，他带领科研人员克服了天气地理等困难，完成两弹对接，1966年10月在罗布泊靶场成功试射新中国第一枚核导弹！
晚年的钱学森对妻子（张雨绮 饰）...
