1937年，抗日战争全面爆发，北京，天津等地相继陷落。一年后，国内的爱国知识份子纷纷投身到抗日洪流中。物理学专家熊大缜(张艺兴 饰)即将出国留学，临走之前，熊大缜去见一个叫陈广的共产党员。陈广发现周围出现了特务，于是没有让熊大缜靠近，而是示意熊大缜止步。熊大缜并没有感觉到潜在的危险，当他想向陈广打招呼的时候，陈广忽然掏出手枪，对准周围的便衣开枪。枪声惊吓到了来往的行人，许多行人发出尖叫声，抱头鼠窜。熊大缜在混乱中藏到了一辆汽车旁边，陈广跟几个特务枪战，接连打死打伤几个特务。一支日军小分队赶了过来，日军士兵端起步枪向陈广射击。陈广打光了子弹，向日军扔掷手雷。手雷落到日军们身边，但并没有爆炸。日军们趁机开枪打死了陈广，熊大缜藏在汽车外面，心如刀割，流下了悲愤的泪水。日军队长(严屹宽 饰)走到手雷旁边，若无其事抬腿踢走了手雷。八路军缺少军工人才，研制出来的手雷不但威力小，而且还经常哑火。日本人把八路军的手雷当成玩具。熊大缜为牺牲的陈广心痛，向叶老师提出取消出国计划。叶老师极其看重熊大缜，他提醒熊大缜应该出国深造，往更高层次发展，而不是留在国内死磕炸药。熊大缜不认同叶老师的观点，国难当头，日军在中华大地横行霸道，凡是有血性的国民，都应该为国家贡献抗日力量。熊大缜决定教八路军造炸药，他本来要跟女友宜茗快结婚了，但他最后还是选择了保家卫国。宜茗跟熊大缜合影一张，俩人约定俩年后见面。时间一到，如果熊大缜不赴约，宜茗就搬家。熊大缜放下儿女情长，在好友王德熙的陪同下在八路军部队传授炸药知识。在熊大缜的指导下，八路军士兵们对炸药有了一定的认识。制造炸药需要从庄稼里面提练，八路军部队大量收购庄稼，引起了日本人注意。庄稼销量开始被日本人控制，八路军部队无法大量收购庄稼，研制炸药进度遇阻。熊大缜想到了新的办法，但新办法需要更难找的原材料。熊大缜离开部队，几经辗转，终于找到了原材料。他不负大家期待，成功研发出了威力大的炸药。任务已经完成，俩年后，熊大缜收拾行李，前往宜茗住处。他来到宜茗家的时候已经是晚上，一个卖烟的少年透露宜茗已经搬家了。熊大缜未能见到宜茗，他没有出国，也没有去找宜茗，而是回到了部队里面。部队的老师正在教士兵们识字，熊大缜听着士兵们识字读书的声音，脸上露出欣慰的笑容。
