1964年夏夜的北京某火車站,兩名軍人注視著登上列車的大學生隊伍。宋朝與伍巖松在車廂意外重逢,二人發現伍的戀人郭小艷、師弟向旗與東北技術工人孔漢川亦在其中。列車穿越戈壁最終抵達羅布泊核試驗基地,眾人方知被秘密抽調參與國家重大工程。在極端惡劣的自然環境中,科研團隊與部隊官兵展開原子彈試驗攻關。孔漢川憑借精湛技藝攻克多項技術難關,卻在執行關鍵任務時為保護設備壯烈犧牲。宋朝與伍巖松帶領團隊突破重重困境,最終于1964年10月16日成功完成中國首次原子彈爆炸試驗,用生命與智慧鑄就了共和國的核盾。