应德、柳宝率游击队前去营救姚芳，刚走到寨门口时，正撞上炸弹爆炸，大家在感伤姚芳被炸死的时候，她忽然出现，破涕为笑的应德兴奋的拉着姚芳不知所措。胡彪也加入兵工厂，并跟他们一起制造炸弹。应德成功研究出定时炸弹，无疑给任如坚带回个天大的好消息。部队终于同意应德入党，宣誓时，应德宣布自己将“把一切献给党”。
根据上次应德留下的地图，村长前来送黑土，却被杨墨说成是汉奸，幸好应德及时赶到解开误会。
而此时，有一整支的敌军车队向师部逼近，为掌握更多胜算，师长命三团长向杨墨借用芝加哥小提，杨墨上到前线，自以为能借此一展身手，不想三团长让杨墨把枪交给二连长用，杨墨只好答应。
战况十分激烈，二连长有芝加哥小提琴在手，消灭了很多敌人。眼看胜利在即，枪突然炸膛，把二连长炸伤。回到工厂，杨墨向任厂长坦言：其实他早就自知枪有问题，因为比赛时候求胜心切，所以加快了枪的射速和连发数，在实战中很容易炸膛。
杨墨的芝加哥小提琴炸膛，参加军工大会的计划只能取消。为了弥补过错，杨墨主动提出要与应德一齐研究定时炸弹。当杨墨找到应德时，他正和胡彪学习呼吸计时法来测定炸弹爆炸时间，这让杨墨很是惊讶。他把比武大会的邀请函给应德，并在原有的炸弹基础上稍作改进，令准确率大增。互相合作中，杨墨和应德渐生默契。
日军收到知八路军研制炸弹的情报，遂向总部申请支援，对八路军的比武大会进行地毯式搜索，最终排查出5个可疑目标，分5路人马前去寻查，结果有4组人都回来了，只有野马沟的小分队不见踪影。
比武大会，柳宝半夜外出解手，发现一个人鬼鬼祟祟的，于是和其他战友将其抓住，此举让躲在暗中的敌军更加确定野马沟就是比赛场地。
比武大会上，应德和柳宝凭借高超的技艺赢得大家掌声。在大家注意力都在大会中时，日军悄然包围大会。柳宝提议用他们那些新武器跟鬼子拼一场。他们利用研制的新武器把鬼子打得节节败退，谷野围剿行动失败。
八路军安全撤离野马沟的同时，还炸毁了日军的作战飞机，应德成了全军英雄。杨墨为此深受打击，在柳宝的劝慰下明白自己缺点所在，并虚心向胡彪请教定时装置的问题。虽然研究很成功，但杨墨还是向厂长申请调离。
黄医生的医疗队搬至兵工厂附近，任如坚为他们夫妻二人终能相聚感到高兴，于是请应德和杨墨喝酒，希望二人能解开彼此心结，二人却反而争吵起来，姚芳得知后前来劝阻被黄医生拦住，黄医生察觉到姚芳对应德心意。
日军来袭，二连战士拼命从前线夺回一件日军新型武器，应德冒着战友们的生命危险拆开敌军掷弹筒，没想到发生爆炸，一名战士丧生，应德被炸伤。原来这个掷弹筒是敌人故意留下来的，目的就是为了在军工专家拆卸的时候能将其炸死。军队医院条件有限，黄医生告诉姚芳，镇上教会医院有个叫江燕的能救应德一命，姚芳出发去镇上请来了江燕，手术完成后，黄医生让姚芳把江燕送回去，因为敌占区情形十分复杂，临走之前，姚芳嘱咐黄医生，若此去一去不回，请务必让黄医生帮她保守对应德的心意。
日军得到消息女八路劫持一名医生，便对教会医院进行扫荡。
