中美大使级会谈在瑞士日内瓦召开，讨论和平解决朝鲜问题。美国关心的是朝鲜战争中被俘的美国人，要求中国遣返。中国方面则提出了让钱学森(陈建斌 饰)归国的问题，美国方面每次都矢口否认，说钱学森自己没有提出要回国。 就在这时，钱学森在咖啡馆用香烟纸写的那封短信，几经辗转，终于到了陈叔通手上。陈叔通读后极为感动，马上把这封信交给周恩来(孙维民 饰)。周恩来看了钱学森的信后，激动地拍了拍桌子，说：“好，有了这封信，我们就可以向他们要人了，看他们还怎么抵赖！” 周恩来向毛泽东(唐国强 饰)请示，决定用朝鲜战争中抓获的11名美国飞行员来交换钱学森。但我方释放了这11名飞行员，美国方面却仍然拒绝放回钱学森。8月1日，中美大使级会谈在日内瓦开始，王炳南大使向美方提出钱学森的问题，美国大使约翰逊矢口否认，说钱学森没有提出要回中国。王炳南拿出钱学森写在香烟纸上的信，并当场宣读，约翰逊无言以对，终于同意钱学森回国。 8月5日，钱学森接到准许离开美国的通知，激动异常，马上去购买船票。此时只有三等舱船票，钱学森等不住了，决定不管是几等舱船票，只要能尽快离美回国就行。临走前，钱学森带着蒋英(蒋林静 饰)和儿女去向恩师冯·卡门告别。冯·卡门痛惜地说：美国当局干了件蠢事，他们终于把一位最出色的火箭专家奉送给了中国！钱学森将新出版的《工程控制论》送给他，这位世界著名的大科学家迅速翻看了一下这部新著，两眼噙着泪花，饱含感情地说：你现在学术上已经超过我了，我为你感到骄傲！ 9月17日，钱学森一家登上克里夫兰总统号轮船，但在托运行李时，美国海关又故意刁难，扣押钱学森在结婚时送给蒋英的一架黑色的三角大钢琴。蒋英据理力争，终于运回了这件她和钱学森的爱情信物。经过20多天的航行，钱学森一家终于回到祖国。周恩来欣慰地说，中美大使级会谈虽然没有取得积极的成果，但我们要回了一个钱学森，就是这一件事，会谈也非常值得。 10月8日，钱学森一家到达香港，当他从香港步入深圳罗湖桥时，这位世界闻名的火箭专家一手领着自己七岁的儿子，而另一只手却提着一把吉他。香港记者对他进行了采访，最后一个问题，这个记者用英语问他，钱学森不满地说，我想每个中国人都应该讲中国话。 第二天，周恩来在中南海接见钱学森和蒋英，亲自把盏斟酒，为他们夫妻接风洗尘。几天后，国务院副总理陈毅(谷伟 饰)又接见了钱学森，与他进行了坦诚的交谈。 钱学森的归来使新中国的领导人把导弹研制的计划提上了议事日程，一场惊天动地的巨大工程在积极酝酿和推进。周恩来安排钱学森先去东北考察，时任哈尔滨军事工程学院院长的陈赓大将听说钱学森到了东北，连夜乘专机赶去，组织全校师生热烈欢迎钱学森。钱学森激动异常。当陈赓问他：“中国人搞导弹行不行？”钱学森慨然回答：“外国人能搞的，中国人为什么不能搞？难道中国人比他们矮一截？”陈赓大喜，抓着钱学森的手说：“好极了，我就要你这句话！”