十八年弹指过去，方学桐考取了清华大学物理系。和同学钱仲平、高源澄执着于火箭试验，为中国的未来发奋学习，翟尔柔把课堂搬到了长城上，纵论天下，发思古之幽情，寻古代科学发展历史之辉煌，日本侵略者的炮声，破灭了一代学子的科学理想。

秦淮美女张芷若的温文尔雅和才华深深吸引了方学桐，尤其是她的一腔科学报国的主张，更是让须眉男儿惊叹不已。莘莘学子，风华正茂，发奋学习，过早地担起了民族的苦难，面对战争，张国栋教授辞职经商，翟中和教授，方东树却坚守文人品格，教书育人，执着依旧。

战争迫在眉睫，林虹组织同学们进行抗日宣传活动，为祖国生存而战，罗尔斯先生代表美国政府邀请翟中和重返加州大学试验室制造深水炸弹，翟中和拒绝邀请，他决定留下来和自己的国家生死存亡在一起。钱教授为抗拒日本人的野蛮入侵投湖自尽。学校开始南迁，在长沙成立了临时救亡大学，清华北大两校学子共同上了教育史上绝无仅有的第一堂普通物理课。

方学桐和同学们冒着敌机的轰炸，在极其艰苦的条件下，继续着火箭的科学试验，前方传来南京沦陷，上海、杭州等地相继被日军占领的消息，师生人无不悲伤，芷若得知父母被日本人残杀，悲痛欲绝。学校在方东树的组织下继续南迁，徒步向云南挺进。

方东树在去昆明的路上，遇到发国难财的张国栋，张劝方东树下海经商被方拒绝。经过千里大行军。师生们终于完成了中国教育史上的一次“长征”壮举。北大、清华、南开都迁至昆明，成立了国立西南联合大学。高一鸣窃取了方东树的科研成果，并抵制方东树担任中央研究院研究员。林虹坦露心声称方东树是第一个走进自己心灵世界的男人。

美国政府准备选一批成绩优异的学生，利用庚子赔款到美国留学深造。同学们举行纪念会，祝贺方东树从教30周年和五十寿辰。高源澄与家庭决裂，投身到抗日救国的行列里，林虹和方学桐被捕入狱，同学们要求援救，方东树眼含热泪要求学生们坚守学习，时刻不忘肩上的重任。

林虹受尽严刑拷打。仍然坚贞不屈，方东树慷慨陈词“追求真理的青年是抓不完杀不尽的”。在师生们的援救下，林虹获释。林虹拒绝了高源澄的求爱，在一个月光如银的夜晚向芷若吐露了心声。于翌日奔赴延安。投身于抗日第一线。

方学桐为救高宝瑟不幸负伤住院，高一鸣为表感谢，登门送钱被方婉拒。为筹集住院费方东树卖血，不料被芷若发现，二人约法三章，相拥无语。宝瑟向学桐诉说了深埋于心低的爱意。学桐仲平源澄芷若宝瑟考上了庚子赔款的留学生，即将赴美留学。

体弱多病的翟尔柔和学子们一起为抗战前线士兵捐血，感动了张国栋。理学院举行欢送留美学生联欢会。留美学生拒绝绕道日本赴美。在离别之时，学生们请求翟老师再敲一下联大的钟，翟尔柔在钟声中猝然倒下，不幸病逝。师生们陷入无限悲痛之中。方东树挥泪送别爱妻，又赠言即将赴美的留学的儿子方学桐“学以致用，报效祖国”。

方学桐等留学生告别了西南联大和老师们，踏上了赴美留学的征程，在轮船上他们认识了中国劳工李家坪。李家坪的奴性懦弱，中国工头的蛮横狠毒，外国水兵的傲慢无礼，都令留学生们气愤不已。他们看清了中国在世界竞争场上的地位。历尽海上的颠簸和艰辛他们踏上了美国国土，见到了梦想中的麻省理工学院和前来接他们的中国同学会会长郭仕强。

留学生强烈地感受到没有强大的祖国做靠山，学子们就象飘零的叶子，他们自觉地把自己的命运与祖国联结起来，发奋读书。在图书馆源澄发现了极象林虹的郝思嘉，引发了昔日的感情，当法国人发现了核裂变时，他们受到了极大的震动，方学桐他们决定利用假期继续学习和试验。

方学桐、钱仲平为不能去飞机厂实习与院长发生争论，情绪激动的学桐跑到大雨中发泄心中的愤闷。高宝瑟让方学桐鼓足勇气面对现实。钱仲平在雨中被忧伤的琴声所吸引，从而认识了美丽的海伦。高源澄和郝思嘉在陪学桐喝酒的时候，认识了郝父，郝父向他们讲述了不堪回首的往事，在展览大厅，仲平邂逅海伦。芷若为了学桐全身心的投入到学业中，不被感情牵连，毅然决定去加州理工学院攻读博士，学桐如愿以偿地被博格教授录取。

海伦祝贺仲平被加州理工学院录取。海伦舅妈对钱仲平异常歧视。芷若结识了非常热爱中国的吉米。钱仲平无法忍受海伦舅妈对中国人的冷嘲偏见，决定与海伦分手并希望海伦到车站送他。布达莱尔对钱仲平的到来表示欢迎。方学桐领导的火箭试验小组不畏难险，反复试验，不幸郭仕强在一次试验中遇难......

郭仕强为科学的献身，更加坚定了方学桐继续火箭试验的意志，他的执着追求，感动了博格教授。博格解囊相助；张芷若在实验物理方面不断取得突破。方学桐终于取得了实验成功，芷若发来了贺电，方学桐感谢博格教授的培养和支持，并作了精彩的论文答辩，令在场的同行无不敬佩，中国人在西方的科学讲台上扬眉吐气。

方学桐、高源澄考取了博士学位，博格授命于空军部，推荐方学桐进行战时火箭的研究，张芷若因疲劳过度住进了医院。方学桐到医院探视。芷若告诉学桐要忍辱负重。学桐同意了导师的推荐，进入了火箭研究中心。钱仲平被借到博格教授领导的实验室工作。他们制造出第一代“下士”导弹。芷若没有接受吉米的求爱，吉米决定去炮火中寻找归宿。美国向日本投了两颗原子弹，令留学生们震惊，日本人投降令留学们欢呼雀跃......在联大的庆祝会上，方东树透过泪水，恍惚看见了妻子的翟尔柔......

海伦与钱仲平在教堂举行了隆重的婚礼。方学桐参加了美国空军参谋部组织的科学顾问团去欧洲访问。日本投降之后，国共重开战端，中华民族又陷入内战深渊。方东树张国栋痛心疾首，翟中和宁愿饿死也不吃嗟来之食。由于方学桐在任美国空军高级科学顾问期间所取得的卓越成绩，美利坚合众国国防委员会对他进行嘉勉，他成为世人瞩目的青年科学家。

方学桐、张芷若做好了随时回国的准备。由于国民党的腐政，国内物价上涨，货币贬值，人心慌慌、高一鸣代表国民党政府动员教授举家迁台，遭教授们拒绝。林虹受中共之委托赴北大清华向众教授介绍共产党的情况，并转移贵重的科研仪器和一批专家学者，北平和平解放，教授们兴奋不已，迎接新中国的到来，林虹出任理学院党总支部书记，方东树被选为人民代表，出席政治协商会议。学桐、芷若们准备启程回国。

宝瑟源澄为去台湾还是回祖国争论不休，中华民国驻美国大使馆参赞劝方学桐去台湾、方学桐断然拒绝。宝瑟结束了一厢情愿的爱情，含泪离开了学桐。留学生听到中华人民共和国成立的消息，欣喜若狂奔走相告，整个华人街都沉浸在沸腾欢歌笑语之中，中国科学家和美国朋友在波士顿广场一起扭起了欢庆的秧歌。

留美中国科学工作者举行新年年会，学桐、源澄、仲平发表了热情洋溢的讲话。大家激动不已为祖国干杯。思嘉把身心灵肉献给了所爱的源澄；芷若，学桐谢绝了美国导师和学院的挽留，决心告别美国富裕的生活和优良的科研条件，报效于新生的中国。由于中美没有建交，海伦不能同钱仲平一起回国，但是丈夫的爱国精神深深地感动了海伦，他们深情告别；郝父经过痛苦激烈的思想斗争，终于同意女儿和源澄结婚回国，临别前，他们在父亲面前长跪不起。

在即将登船的时刻，学桐被纽约移民局带走。芷若为学桐毅然留下。仲平、源澄踏上回国的路程。芷若为学桐奔走呼吁。华罗庚先生发表公开信。博格教授及美国同行向移民局保释学桐，学桐与芷若举行婚礼。学桐在移民局的监视下，发奋著书，完成了科学业巨著《控制论》，在周总理的关怀下，移民局终于批准学桐回国的申请。他们历尽周折踏上回国的路程，在途中生下了爱的结晶，终于踏上热恋的故土；在天安门广场上，方学桐深情地说，我相信我一定会回到祖国，现在我终于回来了。

1919年震撼世界的“五四运动”爆发了，北大青年教师方东树在学生们的集会上慷慨陈词，浩浩荡荡的师生上街游行，方东树被捕入狱。他的妻子翟尔柔悲伤之中生下一男孩，取名方学桐。军阀政府迫于压力释放方东树，方东树望着相濡以沫的妻子，发出这样的企盼；中国你怎么还不强大起来！中国你什么时候才能强大起来！