新中國建立之初，大難初定，百廢待興。然而國際局勢分外險惡，中華人民共和國仍處在風雨飄搖的關鍵時刻。近有盤踞臺灣的國民黨政權蠢蠢欲動，時刻準備反攻大陸；外有美國為首的帝國主義伺機推翻新中國，從中漁利。為了與對手和列強抗衡，中共審時度勢，敞開胸懷招攬海外的華人科學家歸國，共同發(fā)展國防事業(yè)。感受到了祖國的召喚，錢學森（陳建斌 飾）、鄧稼先（鄭國霖 飾）、錢三強（楊洪武 飾）等科學家懷著一顆赤子之心，突破重重阻力投向祖國的懷抱。與此同時，國際上風云變幻，中蘇關系交惡，抗美援朝戰(zhàn)爭也令原子彈的陰影進一步威脅中國的安全。
　　科學家們與祖國人民團結一心，為打造屬于自己的“兩彈一星”付出了無盡的努力……

　　到了夏季，吉姆(約翰·卡拉辛斯基 John Krasinsk 飾)接受了帕姆(珍娜·費舍 Jenna Fischer 飾)與羅伊(大衛(wèi)·丹曼 David Denman 飾)結婚的意向，并轉到了斯坦福分部。 但他并不是特別喜歡脾氣暴躁的同事安迪(艾德·赫爾姆斯 Ed Helms 飾)，盡管他似乎與同事凱倫(拉什達·瓊斯 Rashida Jones 飾)的關系正在升溫，而瑞安(B·J·諾瓦克 B.J. Novak 飾)則在斯克蘭頓全職受聘來填補吉姆的職位。

　　九一八事變爆發(fā)后，留學日本的青年沈云回國效力，卻遭遇沈家被日本人竹上滅門的慘劇，而沈云也被日本人陷害入獄，死期不遠。為了復仇，沈云假死逃過一劫，忍痛和初戀吳楚琳分手，并改名華明翰，加入中統(tǒng)，與救命恩人蘭亭舒扮演假夫妻、收養(yǎng)十歲女孩晶晶后去往上海執(zhí)行潛伏任務。
　　七年后，華明翰表面上是上海租界巡捕房的總探長，實則是讓日本人聞風喪膽的“冰鋒”，他帶領華興社成員周旋于波詭云譎的局勢中，粉碎了日本人在華的重重陰謀。
　　與此同時，朝夕相處的蘭亭舒愛上了華明翰，而華明翰心中卻只有吳楚琳。然而，當吳楚琳再次出現(xiàn)認出他就是昔日戀人沈云時，為了大義，他只能再一次推開吳楚琳。直到吳楚琳被日本人炸死，他才知道她就是一直報道冰鋒事跡的記者曙光。
　　禍不單行，養(yǎng)女晶晶和蘭亭舒先后在抗日行動中犧牲，華明翰亦得知蘭亭舒的真實身份是共產(chǎn)黨，對國民黨徹底心死的他毅然退出中統(tǒng)，帶領華興社加入新四軍，開始了新的抗日征程。