小曾对林儒丫有意思，经常到林儒丫家干活表现，林儒丫告诉小曾，虽然自己的母亲一直有意撮合他们，但她还是要等徐远征回来。不久之后，徐远征来信，告诉自己接受的是秘密使命，不能告诉父母家人，但现在上级已经同意家属来新疆，他很快就会回来接儒丫了。看到信后的儒丫落了泪，而儒丫的母亲也知道自己一直误会了徐远征，她叫女儿赶快收拾行李去找徐远征。
张司令员告诉徐远征可以动身去接自己的老婆了，但徐远征却惦记着自己工兵团的战士们，由于食物饮水匮乏，战士们的营养跟不上，战斗力有所下降，徐远征因此请求组织代自己把老婆接回来，自己要带领着自己的士兵抢抓工期，将任务完成。
林玉洁因为孩子失踪埋怨自己的丈夫，到达基地就带着孩子独自去了帐篷里。张司令来看望她，才从警卫员口中得知建军失踪的消息，张司令派警卫团沿途寻找，并指示一有消息就马上向他报告，但连续近日，工兵团还是没有找到建军的踪影。汽车团的战士受伤了，但基地医院的医生都出诊不在家，无奈之下何玉山只能找当医生的妻子帮忙，林玉洁忍着失去儿子的痛苦，给受伤的战士作了手术。
林儒丫到达新疆，和阔别已久的新婚丈夫见了面，对他是又爱又恨。徐远征赶着驴车，带着自己的妻子，在部队里显摆了一大圈，以证明自己没吹牛，自己的老婆就是漂亮。
深夜，无处安身的两人将大卡车后的后车板当成了自己的婚房。早上，徐远征叫林儒丫起床，去发现她昏死了过去，还好经过医生抢救有惊无险，但医生告诉徐远征，林儒丫有先天心脏病，要控制病情，就不能让她太激动和劳累。
建国结识了部队中的其他小伙伴，张援朝，爸爸是汽车团的，欧敏、柱子，姐弟俩的爸爸是警卫团的，还有李小欢，爸爸是工兵团的。建国一心想寻找建军，于是他把这些小伙伴组织了起来，自己成了营救组的组长，让他们备好水和干粮，几个小孩子一走出基地，寻找建军。
经过工兵团的努力，基地里的地窖挖好了，徐远征第一时间带着儒丫来到地窖，告诉她这就是他们的家，儒丫看到家徒四壁，让徐远征找些旧报纸和浆糊，她要将家里好好收拾一番。
几个小伙伴越走越远，累得精疲力尽，原地休息，这时，他们发现了不远处有一条清澈的河流，高兴地向河流奔去，但眼看就要到了，河流却消失了，原来一切都是海市蜃楼。几个孩子天真的出来寻找建军，但现在都后悔了，想尽快回到家里，建国也觉得自己决定太鲁莽了，决定和小伙伴们一起先回家。
孩子的家属找到何玉山，告诉他自己的孩子不见了，何玉山回到家中，发现建国丢下襁褓当中的妹妹，也没了踪影，便抱着孩子找到林玉洁，将孩子交给他，自己组织队伍去找寻孩子下落。
建国凭借丽萨教他的有限的地理知识，领着小伙伴们回家，但他们很快发现，这根本不是回家的路，几个孩子迷路了。援朝责备建国，把他们带出来，却将他们领丢了。孩子们慌了神，开始争抢饮水和食物，幸好欧敏及时阻止了大家，告诉大家只有团结，同甘共苦才能度过难关。大家听了欧敏的话，开始有秩序地喝水吃东西。
基地的无线电一直滴滴作响，一道道寻找孩子的指令下达到各部队，张司令派汽车团开着卡车沿途四处寻找孩子们，但几路都无功而返。建国提出点一堆火，来寻找他们的部队就可以寻着火光找到他们，但没人身上带火柴，建国值得学习古人钻木取火了。不一会，火苗出现了，众人点燃了聚拢在一起的火柴，期待着自己的爸爸妈妈们能看到火光，找到他们。
深夜，有一只狼出现在了戈壁滩上，欧敏吓坏了，躲在了柱子身后，建国让他们一起呐喊，吓走了狼，此时天已经凉了，亲自坐车寻找孩子的何玉山听到了孩子们的叫喊声，终于找到了他们。与此同时，徐远征的新家被何玉山布置的整整齐齐，张司令员和战友们一起来到地窖看望他和妻子。入夜，林儒丫对徐远征说，有他在身边，自己才最踏实，为了这一刻，死了也值得。
1960年，苏联单方面撤走所有专家，国家要靠自己进行核试验。张司令找到何玉山，告诉他要成功进行核试验就要有一个好的天气环境，因此需要一个气象站，而建设气象站的任务就落在了何玉山肩上，但让张司令放心不下的还是水源问题，何玉山决定一边从外面运水，一边组织人手寻找地下水。但他只有一个要求，不要徐远征和工兵团帮忙，因为他看见徐远征就头疼。
林儒丫调到了基地政治部工作，也穿上了军装，可谓英姿飒爽，她穿着军装来营地找徐远征，引得战士们频频侧目。徐远征看到林儒丫穿上军装的样子，连连夸奖她就像古时候的女将军花木兰。
接到新的命令，何玉山收拾好行李，来向妻子辞行。到达基地医院，何玉山看到了站在外面的儿子，他嘱咐儿子要做一个真正的男子汉，在他出去执行任务回来之前，要照顾好妈妈和妹妹。何玉山像妻子辞行，告诉他知道建国心里还是放不下建军，希望妻子多费心，别让建国一时冲动创出祸来。
路上，何玉山让司机停下了车，自己一个人走到一颗树下，将自己给建军买的小喇叭埋在了地底，痛哭失声。他知道，茫茫戈壁，建军已经不可能活着回来了，他非常地伤心，但他告诉建军，自己要完成的这项任务，比他们全家人的生命更重要！
何玉山到达目的地，刚要开始着手布置，就看见徐远征和工兵团坐着卡车开了过来。怕什么来什么，但何玉山嘴上还是欢迎他的到来。中午吃饭时，何玉山本想发扬一下风格，让工兵连先吃，保障部后吃，但徐远征却说工兵连自己解决伙食。工兵连在被太阳烤的炙热的石头上烙起了饼，还送给了何玉山一张。夜晚，强大的风沙将徐远征的帐篷刮走了，徐远征只得和何玉山睡在一起。李一婵外出路过部队大院，看到了许久不见的女儿丽萨，但这次见面是短暂的，任凭丽萨哭着喊让妈妈不要走，李一婵还是告别了女儿上车离开。
气象站正式竣工，但在启动气象设备观测天气时，汽油发电机却出现了故障。何玉山只好亲自带着发电机坐车去六百多公里外更换发电机，但在路上为了躲避横穿而过的黄羊，出现了翻车事故，何玉山受重伤，幸好被经过的部队战士发现，将他紧急送往医院，林玉洁看到丈夫伤成这个样子，心痛不已，庆幸的是何玉山虽然受伤，但还有意识。林玉洁对何玉山实施了抢救，让何玉山的伤情逐渐稳定下来。