20世纪50年代，张司令员奉命筹建我国核武器试验基地，他选择老部下何玉山、徐远征执行任务。何玉山接到命令，告别两个孩子和妻子即刻起程；徐远征在新婚之夜与妻子不辞而别。何玉山接管了从朝鲜归来的中国人民志愿军，率领战员们奔赴新战场。深夜，徐远征也踏上了列车，二人相见互致军礼。

张司令员在第一次党委扩大会议上，宣布部队到千里大漠寻找核试验基地的秘密使命。何玉山和徐远征分别被任命为保障部部长、工兵团团长，承担基地最艰难的保障工作和特种工程建设的重任。部队科研人员项怀瑾、李一婵夫妇分别接受新任务，并被要求不得泄露各自去向，他们将女儿寄养在林玉洁家后便出发了。

何玉山的两个孩子用黑色的汽油桶放起了炮来，炸出了爆米花，两个孩子十分兴奋，却被学校领导发现，何玉山被校长叫到学校严肃教育。丽萨告诉何玉山林玉洁独身一人不容易，林玉洁躲在被子里偷偷哭泣，何玉山听见却只能默默叹气。何玉山最终决定带着林玉洁和孩子们一起去新疆马兰，林玉洁表示再艰苦也会跟随他。

徐远征时隔一年多给林儒丫来信，信中说他可以带着家属去马兰，林儒丫这一年多受的委屈终于释放出来了。何玉山刚到部队就开始忙碌起来，林玉洁只好自己带着孩子们安顿。徐远征为保证及时完成工作，回绝了回家接老婆的安排，而是让组织帮助老婆进疆。深夜，建国还在帐篷外等待着建军，并承诺一定会找到弟弟建军。

徐远征第一时间带着儒丫来到地窖，告诉她这就是他们的家，儒丫看到家徒四壁，让徐远征找些旧报纸和糨糊，她要将家里好好收拾一番。几个小伙伴越走越远，累得精疲力尽。这时，他们看到不远处有一条清澈的河流，可后来才发现原来一切都是海市蜃楼。几个孩子天真地出来寻找建军，但现在都后悔了，建国决定和小伙伴们一起先回家。