隨著朝鮮戰爭的爆發，中美關系急劇惡化。成百上千在美國的中國學者和留學生也在積極行動，準備沖破阻力，回歸祖國。正在印第安那州的普渡大學讀書的鄧稼先(鄭國霖 飾)，如愿以償拿到了博士學位，時年26歲，人稱“娃娃博士”。鄧稼先跟好友楊振寧通電話，通報了這一喜訊，并告訴他自己9天后就回國，二人熱血沸騰。 趙忠堯、鄧稼先等一百多位留美學者準備回國時，遭到美國聯邦調查局特工的搜查，錢學森(陳建斌 飾)800多公斤的書籍和筆記被扣。趙忠堯隨身攜帶的行李和書籍也被翻查，遭到扣押。 聯邦調查局在錢學森被扣押的書籍和筆記本上大做文章，召開新聞發布會，宣布在“中國科學家錢學森的行李中搜到機密文件”。9月6日，移民局總稽查朱爾帶著手下闖進了錢學森的家，向錢學森宣布了逮捕令。 錢學森被押送到美軍特米那島關押起來，受到非人的折磨，身體遭到極大摧殘，15天里體重下降了14公斤。聯邦調查局官員對錢學森進行審訊，試圖在他身上強加罪名，但由于錢學森的嚴厲駁斥而一無所獲。 趙忠堯、鄧稼先等人乘坐的輪船到了日本橫濱，駐扎在橫濱的美國憲兵突然上船搜查，指控他們的學生羅時鈞跟錢學森的案件有牽連，把二人和另外一個留學生帶走。趙忠堯等人隨后被關進東京的中野美軍監獄。周恩來(孫維民 飾)召集中科院副院長吳有訓商議，聯合189位科學家向美國政府發表了抗議書。“威爾森總統號”離開橫濱后繼續航行，把鄧稼先等一百多位科學家送回了祖國。這年10月，鄧稼先進入原子能研究所擔任助理研究員，在彭桓武的領導下從事原子核理論研究。 趙忠堯等人則是在被關押了47天后放出，后又經過多次曲折，終于在11月28日回到祖國。 朝鮮戰局急轉直下，美國把侵略的戰火燒到了鴨綠江邊，毛澤東(唐國強 飾)決定出兵朝鮮，組成志愿軍，由彭德懷(宗利群 飾)任司令員。毛岸英也報名參加志愿軍。 在加州理工學院院方和同事們的爭取下，錢學森被保釋出來。但美國政府還是不肯放過錢學森，一面發布驅逐令，一面又將他軟禁。 11月5日，抗美援朝的第一次戰役結束，殲敵1.55萬余人。把敵人從鴨綠江邊趕到清川江以南，粉碎了麥克阿瑟妄圖于11月23日“感恩節”以前吞并朝鮮、結束戰爭的計劃。毛澤東喜不自勝。 11月15日，錢學森被帶到洛杉磯移民局接受審問。錢學森把這場審問變成了對美國政府迫害的控訴，對祖國無比熱愛的告白。古爾丘不僅沒有找到陷害錢學森的證據，反而被錢學森說得狼狽不堪。到最后，也無法對錢學森定罪，只得繼續軟禁他。 11月25日，美軍轟炸志愿軍司令部，毛岸英不幸犧牲。周恩來得知此消息后，不忍將此消息告知主席。