1937年，抗日战争全面爆发，北京、天津等地相继沦陷。一年后，国内爱国知识分子纷纷投身抗日洪流。物理专家熊大震即将出国留学。临行前，熊大震去见了一位名叫陈广的共产党员。陈广注意到周围有间谍，所以没有让熊大震靠近，而是示意熊大震停下来。熊大震并没有感觉到潜在的危险。当他想向陈广打招呼时，陈广突然掏出手枪，向周围的便衣扫射。枪声吓坏了路人，许多人尖叫着抱头逃跑。熊大真在混乱中躲在一辆汽车旁边，陈广与几名间谍发生枪战，接连打死打伤几名间谍。一支日本小分队冲了过来，日本兵举起步枪向陈广射击。陈广子弹耗尽，向日本人投掷手榴弹。手榴弹落在日军身上，但没有爆炸。日本兵趁机将陈广枪杀。熊大震躲在车外，心如刀绞，流下了悲愤的泪水。日军指挥官走到手榴弹旁边，抬起腿，若无其事地把手榴弹踢开。八路军缺乏军事人员，研制的手榴弹不仅威力弱，而且经常打不着火。日本人把八路军的手榴弹当作玩具。熊大震为牺牲的陈广伤心欲绝，向叶老师提出取消出国计划。叶老师对熊大震很重视，他提醒熊大震应该出国深造，向更高层次发展，而不是留在国内死于炸药。熊大震并不同意叶老师的观点。国难当头，日军在中华大地上横行。所有有血性的公民都应该为国家的抗日贡献力量。熊大震决定教八路军制作炸药。他即将与女友一鸣结婚，但他最终选择了保卫家庭和国家。一鸣与熊大桢合影，约定两年后见面。到时候，如果熊大真不赴约，一鸣就会搬家。熊大震放下对孩子的爱，在好友王德喜的陪伴下，向八路军部队传授炸药知识。在熊大震的指导下，八路军战士对炸药有了一定的了解。生产炸药需要从农作物中提炼，八路军部队购买了大量农作物，引起了日本人的注意。农作物销售开始被日本人控制，八路军无法大量采购农作物，炸药的研制进度也受到阻碍。熊大震想到了一个新方法，但是新方法需要的原料更加难找。熊大震离开部队，几经周折，终于找到了原材料。他不负众望，成功研制出威力强大的炸药。任务完成了，两年后，熊大震收拾好行李，前往一鸣的住处。来到一鸣家已经是晚上了，一个卖烟的小伙子透露一鸣已经搬家了。熊大震没能见到一鸣，他没有出国，也没有去找一鸣，而是回到了部队。军师正在教士兵们读书写字。熊大震听着战士们读书读书的声音，脸上露出欣慰的笑容。