В 1942 году Берия поручает своему заместителю, Всеволоду Замятину, сформировать группу ученых для разработки первой советской атомной бомбы. Эта задача представляется почти неразрешимой, учитывая военное время и крайне сжатые сроки. Под эгидой Курчатова в Москве начинает свою деятельность секретная Лаборатория №2, в которую собирают самых талантливых специалистов со всего Советского Союза.
Курчатов настаивает перед Замятиным на включении в проект двух ученых: смелого и уверенного в себе Фролова, ранее совершившего открытие спонтанного деления ядра, и радиохимика Карповой, отбывающей ссылку в Казахстане. Несмотря на сомнения, которые Фролов и Карпова вызывают в НКВД, просьба Курчатова удовлетворяется.
Параллельно с этим советская разведка активно занимается получением за границей необходимой для проекта научной информации. Агенту Екатерине Лазаревой, в прошлом физику и возлюбленной Фролова, удается переправить в СССР критически важные сведения об атомном проекте союзников. С этого момента Советский Союз должен опередить Великобританию и США, чтобы обеспечить ядерный паритет в послевоенном мире.