长期的分离，生活的磨砺，团聚后的宋朝和芸菲已经没有更多的激情和浪漫。因设备加工出问题，伍岩松对向旗大发脾气，而向旗一气之下说出了孔汉川是因为伍岩松当年头脑发热才受的伤，二人争吵起来。因专业不对口，芸菲不能再搞测控，她被安排在资料室与大秀一起上班，令她非常失落。宋枫对父母感情淡漠，在放学的路上，他认识了南下的儿子南钟。宋枫放学没有回家，芸菲和宋朝发生了第一次争吵。伍岩松终于解决了钢板的技术问题，宋朝很佩服，伍岩松笑说那是向他屈服，土法上马。宋朝问起了伍岩松与大秀的婚姻，伍岩松不以为然，宋朝却告诉他说大秀想跟他离婚，令伍岩松惊愕。总部首长视察”盾牌”工程后，立下了提前30天完成任务的军令状，宋朝、伍岩松、池玉都将家搬到了工地。

芸菲一个人又忙家务又管孩子，而宋枫因成绩没考好离家出走，芸菲独自一个人承受着，不忍心让工地上忙碌的宋朝分心。向旗运回了“盾牌”工程的全部设备，并通过了工程验收，向旗激动得流泪。丁金龙关心池玉的个人问题，池玉让他不要瞎操心，还说当年他极力撮合的伍岩松和大秀，现在生活得并不美满，丁金龙听后很生气，池玉让他不要再掺合了。“盾牌”工程试车成功了，整个金龙山都沸腾了，芸菲忙碌着准备迎接宋朝回家，宋枫也把自己60分的考卷做成小旗欢迎宋朝归来，而宋朝却因疲劳过度，住进了医院。丁金龙下令要伍岩松也住院检查，陪着他的老冤家宋朝。在宋朝和孔汉川的病床前，伍岩松终于说出了自己的心里话。芸菲带着孩子来到宋朝的病床前，一家人其乐融融。

雷电交加，“盾牌”工程工地因雷击起火，当宋朝和伍岩松从医院赶到工地时，眼前已经是一片废墟，一把大火把他们的辛苦毁于一旦，也夺去了向旗的生命，勾魂崖上又多了一座新坟。丁金龙向全基地发出号召，让大家不要重新振作起来，坚决完成国家交给的使命。芸菲在家里设宴为宋朝壮行。大秀留下一封信和那条项链回老屋去了，伍岩松承受着感情的折磨非常压抑。丁金龙把大秀找回，两人的感情有了转机，并商量着想要个孩子。芸菲到工地给宋朝送饭，谈起了池玉的个人问题，池玉笑称自己要找一个集宋朝和伍岩松优点于一身的男人。宋朝本该在家休息，因工地有事疏于照顾儿子宋雷，宋雷被蛇伤死亡。芸菲从此患上了忧郁症。“盾牌”工程成功了，伍岩松有了想离开金龙山的想法。

芸菲思念着雷雷，宋朝感到很内疚。我国发射运载火箭成功，宋朝被任命为基地总工程师，并提议建伍岩松的大风洞。而伍岩松的生活越来越洒脱。在庆祝运载火箭发射成功的晚会上，面对着欢呼激动的人群，芸菲孤寂地离去，与宋朝的感情也越来越淡了。1987年秋，宋朝带着芸菲回到了当年就读的北方大学，他找到了当年薛芸菲为追随他参军走时留在钟楼上的三封信，二十多年后，当开启这青春的记忆时，芸菲不禁潸然泪下，在宋朝的怀中，她找回了对宋朝的感情。宋朝被任命为国家航天工程空气动力学组组长，“飞天”工程正式启动。授衔大会上，丁金龙和杜国凯光荣退休，南下任基地政委，江寒舟任基地司令员。芸菲身体被检查出有问题。

以南钟为主的第三代风洞人也成长了起来，宋朝对他们寄予了厚望，但他们对伍岩松的设计提出了自己的看法。芸菲的身体状况很差，杜霞月瞒着她说并无大碍，实际上芸菲已经身患癌症，江寒舟得知后，对杜霞光月说“飞天”工程大战在即，不能给宋朝增加压力，要医院秘密为芸菲治疗。伍岩松向基地正式提出转业，宋朝坚决反对。郭庄对伍岩松的走不理解，伍岩松告诉说自己是害怕面对现实，自己一生追求完美，目前设计中还有许多因素无法实现，所以选择放弃。在离开金龙山的那一天，丁金龙老泪纵横，为不能兑现当年的承诺，不能让伍岩松施展才华而内疚。宋朝开始怀疑芸菲的病情，芸菲让他不要多心，并谈起了池玉的个人问题，芸菲暗示说如果有一天她先走了，让宋朝娶池玉。在北方大学读书的宋枫见到了秀妈妈和伍叔叔，非常羡慕伍叔叔和秀妈妈现在的生活，希望她的父母也能像这样……

池玉向基地汇报“飞天”工程提出了实验段“QC”材料，也就是当年孔汉川试验的材料至今无法解决的问题，南钟他们也提出了伍岩松设计中存在的缺憾。江寒舟建议停止基地的一切基础建设，全力以赴保障“飞天”工程。杜霞月发现芸菲早已知道自己的病情，命令她立即住院治疗，芸菲却说为了宋朝，她不能住院更不能倒下。为了不让回来的女儿发现自己的病情，她把自己打扮一新到机场接宋枫，因病情发作送进了急救室。宋朝和池玉来到兰州寻找当年试验“QC”材料的原始资料，企业老板无私献出了当年留下的资料，令池玉感动。芸菲再次昏倒在家中，而宋朝却无法陪在身边。宋枫质问父亲对母亲的感情。