上世纪四十年代，美国加州理工学院终身教授钱学森，因美国兴起反共言论，生活受到打击。他的尖端技术研究被迫中止，被责令出境。深爱祖国的钱学森一心回国，却遭遇美方重重障碍，并被指控为间谍罪，最终宣告无罪，但被长期软禁在家中。为了挽救钱学森，中国政府派出11名美国战俘换回钱学森。钱学森重返祖国后，面对技术、人才、工业等空白，他带领科研人员从仿制入手，逐步完善技术，为中国导弹的发展打下基础。1960年11月，第一枚导弹试射成功。1964年10月，第一枚原子弹试验成功。钱学森又承担起研制火箭运载原子弹的任务，在克服天气和地理等困难后，于1966年10月在罗布泊靶场成功试射新中国第一枚核导弹。晚年的钱学森与妻子张雨绮相依为伴，怀念往事，回顾自己与祖国一起创造辉煌的历程。