1964年夏，北京某火车站，夜幕笼罩下，两个神秘的军人正注视着上火车的大学生。火车上，宋朝(张嘉译 饰)和伍岩松(王辉 饰)意外相见，伍的恋人郭小艳和师弟向旗也在火车上，他们还认识了来自东北的技术工人孔汉川，大家还是猜测不出火车会把他们拉到哪里去。由于铁路塌方，南下(袁宏 饰)命令大学生和工人们步行到金龙山，在过吊桥时，郭小艳不慎掉进了水里，被乡村姑娘田大秀(孔琳 饰)救起。于风(方涛 饰)带人找到了大学生，基地司令员丁金龙(曹培昌 饰)在暴风雨中宣布大学生们已经是中国人民解放军的一员。在018基地成立大会上，大家在庄严肃穆的《国歌》声中庆祝祖国5周年的生日，同时也接受了国家神圣的使命。郭庄(智一桐 饰)与弟子们立下勾魂崖之约，誓要完成祖国风洞事业。大学生们和留苏归来的江寒带舟、基地政委杜国凯(李虎城 饰)的女儿杜霞月夫妇都被分散住进农民家。田当家家里，大家见到了哭着跑去的田大秀。北方大学，宋朝的恋人薛芸菲参加劳动归来，好友肖明明告诉她宋朝突然离校，不知到哪里，当薛芸菲看到宋朝留给她的八音盒时，心中一片惆怅，她毅然放弃了留校的机会，选择追随宋朝去。丁金龙和杜国凯来田家看望伍岩松，而伍对他们态度不热情，令小艳不满，小艳邀请丁参加他们的篝火晚会，丁欣然答应，并欣赏伍岩松的性格。