1937年，抗日戰(zhàn)爭全面爆發(fā)，北京，天津等地相繼陷落。一年后，國內(nèi)的愛國知識份子紛紛投身到抗日洪流中。物理學(xué)專家熊大縝(張藝興 飾)即將出國留學(xué)，臨走之前，熊大縝去見一個叫陳廣的共產(chǎn)黨員。陳廣發(fā)現(xiàn)周圍出現(xiàn)了特務(wù)，于是沒有讓熊大縝靠近，而是示意熊大縝止步。熊大縝并沒有感覺到潛在的危險，當(dāng)他想向陳廣打招呼的時候，陳廣忽然掏出手槍，對準(zhǔn)周圍的便衣開槍。槍聲驚嚇到了來往的行人，許多行人發(fā)出尖叫聲，抱頭鼠竄。熊大縝在混亂中藏到了一輛汽車旁邊，陳廣跟幾個特務(wù)槍戰(zhàn)，接連打死打傷幾個特務(wù)。一支日軍小分隊(duì)趕了過來，日軍士兵端起步槍向陳廣射擊。陳廣打光了子彈，向日軍扔擲手雷。手雷落到日軍們身邊，但并沒有爆炸。日軍們趁機(jī)開槍打死了陳廣，熊大縝藏在汽車外面，心如刀割，流下了悲憤的淚水。日軍隊(duì)長(嚴(yán)屹寬 飾)走到手雷旁邊，若無其事抬腿踢走了手雷。八路軍缺少軍工人才，研制出來的手雷不但威力小，而且還經(jīng)常啞火。日本人把八路軍的手雷當(dāng)成玩具。熊大縝為犧牲的陳廣心痛，向葉老師提出取消出國計(jì)劃。葉老師極其看重熊大縝，他提醒熊大縝應(yīng)該出國深造，往更高層次發(fā)展，而不是留在國內(nèi)死磕炸藥。熊大縝不認(rèn)同葉老師的觀點(diǎn)，國難當(dāng)頭，日軍在中華大地橫行霸道，凡是有血性的國民，都應(yīng)該為國家貢獻(xiàn)抗日力量。熊大縝決定教八路軍造炸藥，他本來要跟女友宜茗快結(jié)婚了，但他最后還是選擇了保家衛(wèi)國。宜茗跟熊大縝合影一張，倆人約定倆年后見面。時間一到，如果熊大縝不赴約，宜茗就搬家。熊大縝放下兒女情長，在好友王德熙的陪同下在八路軍部隊(duì)傳授炸藥知識。在熊大縝的指導(dǎo)下，八路軍士兵們對炸藥有了一定的認(rèn)識。制造炸藥需要從莊稼里面提練，八路軍部隊(duì)大量收購莊稼，引起了日本人注意。莊稼銷量開始被日本人控制，八路軍部隊(duì)無法大量收購莊稼，研制炸藥進(jìn)度遇阻。熊大縝想到了新的辦法，但新辦法需要更難找的原材料。熊大縝離開部隊(duì)，幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，終于找到了原材料。他不負(fù)大家期待，成功研發(fā)出了威力大的炸藥。任務(wù)已經(jīng)完成，倆年后，熊大縝收拾行李，前往宜茗住處。他來到宜茗家的時候已經(jīng)是晚上，一個賣煙的少年透露宜茗已經(jīng)搬家了。熊大縝未能見到宜茗，他沒有出國，也沒有去找宜茗，而是回到了部隊(duì)里面。部隊(duì)的老師正在教士兵們識字，熊大縝聽著士兵們識字讀書的聲音，臉上露出欣慰的笑容。