Doc affronta il suo primo giorno da primario con nuove responsabilità da gestire, senza mai dimenticare i pazienti nonostante le pressioni della nuova Direttrice Amministrativa.

Il nuovo ricordo di Doc scombussola gli equilibri del reparto con Agnese che teme per il suo equilibrtio e Damiano che, invece, è preoccupato per gli effetti che può avere su Giulia.

Doc scava alla ricerca di nuovi ricordi e, ora che ha finalmente incontrato la sua "vela", ha una pista chiara da seguire. Al suo fianco c'è Giulia che, oltre ai problemi di Andrea e a una direttrice d’orchestra appena ricoverata, deve però pensare anche alla sua carriera. Nel frattempo, in reparto finisce anche un famoso travel blogger, che viene affidato alle cure di Federico. Un incontro che rischia di creare più di qualche problema.

Mentre viene ricoverato un panettiere con strani sintomi, la ricerca della memoria di Doc arriva a un punto morto. Forse però Andrea ha trovato una nuova "vela": il concorso di cori in onore di Mattia che si terrà a breve. E così, mentre lui cerca di convincere Agnese ad accompagnarlo, in reparto Federico finisce sotto pressione e Riccardo si trova ad affrontare un caso che lo manda in crisi e spinge al limite il suo rapporto con Martina.

Dopo un nuovo ricordo, Andrea fatica a credere a quello che la sua memoria sembra suggerirgli, al punto da chiedere a Enrico di sospendere la terapia. Anche in reparto la situazione non è certo tranquilla perché, oltre a Rita, una giovane ragazza che rifiuta la chemioterapia, Andrea e la sua squadra si trovano a doversi occupare del caso di una paziente che conoscono fin troppo bene.

Dopo le ultime rivelazioni, Doc vede crollare alcune delle certezze che aveva sul suo passato. Per fare chiarezza su quanto sia successo, trascina nella sua ricerca anche Giulia, messa in crisi dall'idea che la sua relazione con Andrea fosse basata su una menzogna. Problemi con il passato sembra averli anche Angelo, un paziente ricoverato all'Ambrosiano, le cui condizioni costringono Martina a dare prova di tutto il suo talento.

Le sedute di terapia con Enrico sembrano avere degli improvvisi effetti collaterali su Doc, che vede messa in discussione la sua capacità di occuparsi dei pazienti. E se Agnese coglie la palla al balzo per stroncare la sua ricerca sul passato, Giulia è convinta che Andrea non debba demordere, nonostante i problemi personali che si trova ad affrontare: in reparto viene infatti ricoverato suo fratello Fabio.

Doc sa finalmente come rintracciare la donna che sta cercando, ma deve prima trovare il coraggio per farlo. Nel frattempo, in reparto, Riccardo si trova ad affrontare il caso di un indisciplinato personal trainer, mentre Damiano deve fare i conti con il ricovero di una modella, che scopre essere la fidanzata di suo fratello Samuele con i quale non ha rapporti da anni. Un caso che rischia di riportare alla luce antichi rancori familiari.

La paura di scoprire il terribile segreto che si annida nei suoi ricordi è troppo forte per Doc. Questo rifiuto della verità, però, lo spinge ad allontanarsi dal suo reparto, con gran sorpresa di Giulia, che deve fare i conti con una paziente che, proprio come Andrea, sembra nascondere qualcosa nel suo passato. Nel frattempo, Enrico deve fronteggiare i continui assalti di Barbara, l’assistente di Doc, che forse nascondono più di una semplice infatuazione.

Doc e la sua squadra entrano in competizione con un'intelligenza artificiale: devono trovare la diagnosi corretta per una paziente prima che a farlo sia un computer, se non vogliono essere sostituiti da una macchina. A Martina viene invece affidato un caso che la costringe a fare i conti con la propria coscienza, mentre Agnese viene messa davanti a una terribile decisione per proteggere il segreto nel passato di Andrea.

Le parole di Agnese hanno creato una frattura fra lei e Andrea, che deve fare anche i conti con la lontananza da Giulia, in trasferta a Roma per la sua ricerca. In reparto la situazione è al limite: Teresa deve fare miracoli per trovare un posto per la figlia di Diana, donna rincontrata dopo anni da Andrea, ricoverata nonostante i dubbi della madre. Anche Elisabetta, paziente seguita da Damiano, viene ammessa in reparto dopo alcuni giorni di malessere che potrebbero essere spia di un problema ben più grave.

Un violento terremoto semina il panico all'Ambrosiano: Lin teme che possa essere successo qualcosa alla sua famiglia; Ric arriva a una decisione sulla proposta fatta da Laura, nuotatrice paralimpica; Federico deve effettuare un intervento per cui non si sente pronto; Martina fa un incontro che rischia di portare a galla il suo segreto; Giulia, invece, deve gestire il reparto perché Doc è bloccato in un ascensore e deve salvare una paziente incinta.

Manca sempre meno alla scadenza per presentare la ricerca, ma Giulia sembra avere la testa da tutt'altra parte. Anche Doc fatica a gestire i mille impegni: c'è la riunione con i finanziatori e poi c'è Carolina, in città per qualche giorno. Tutto rischia però di passare in secondo piano quando viene ricoverata la sorella di Lin. Un caso che costringerà la specializzanda a fare in conti con la sua famiglia e in particolare con suo padre.

Marzo 2011. Andrea è costretto a fare i conti con la malattia di Agnese, ma un'inaspettata notizia dall'America riaccende le speranze. In ospedale il neo-primario viene messo invece in difficoltà da un caso dalla diagnosi difficile, che costringerà qualcuno a un terribile compromesso. Nel frattempo, a Lorenzo viene affidato il signor Gianfranco, un paziente arrivato da una RSA a cui è stato prescritto un medicinale in dosi eccessive.

In reparto è arrivato il momento della verità. Mentre Federico affronta il suo ultimo giorno all'Ambrosiano e Martina prende una decisione che lascia di stucco il resto della squadra, Doc deve fare i conti con la verità che Agnese gli ha raccontato e che l'ha costretto a cambiare prospettiva sul suo passato. È convinto che non possa andare peggio di così almeno fino a quando viene ricoverato l'uomo responsabile di tutto. Il suo peggior nemico.