上世纪四十年代，加州理工学院终身教授钱学森看到新中国建立的消息归心似箭，渴望学成报国、参与祖国的建设。但他却因为掌握着核心科技技术受到美国政府的重重阻挠乃至逮捕、软禁，最终周恩来总理授命以11名美国战犯飞行员换回了钱学森。 在刚刚建立的新中国，一切都需要重新开始。没有试验的数据，钱学森就带领研究人员自己计算；没有实验器材，就去垃圾站淘、去自己造；没有科技人才，就自己培养。总而言之，以钱学森为首的科技人才和艰苦奋斗的人民子弟兵团结奋斗，从仿制入手，在党、国家、家人的大力支持下攻克了一个又一个难题，最终使中国有了自己的导弹，让中国在国际上的形象又提升了一个台阶。 在导弹的研究建设当中，不仅有钱学森，还有很多科技工作者也付出了自己毕生的精力。其中，特别值得一提的是半路出家的张工农。军人出身的张工农，勤奋刻苦，通过自己的努力，也成为了一名科技工作者。张工农作为工农阶级的代表，象征着为了祖国的腾飞，无数人都在积极向上地努力着。 晚年的钱学森对妻子充满愧疚，但妻子的理解让他倍感安慰。在影片的结尾，他对他的妻子没法成为中国的女高音歌唱家而后悔，但是他的妻子说了一句：“中国可以没有我这一个女高音歌唱家，但不能没有你这个科学家。”从东风二号的发射失败开始，钱学森离开了他的妻子和儿女，但是，他的妻子和儿女对他的理解，成了他工作的动力，也正因此，他圆满地完成了东风三号的发射，为中国航空航天事业打下了坚实的基础。