伊森·亨特（汤姆·克鲁斯饰）和队友们接到了追回三个大杀伤性核武器的任务。眼见任务马上就能完成，但为了挽救其中一位队友卢瑟（文·瑞姆斯饰）的生命，三个核武器被人趁机带走。中情局负责人斯隆女士（安吉拉·贝塞特饰）调来她手下的得意猛将沃克（亨利·卡维尔饰），让他盯着伊森·亨特完成追回核武器的任务。期间，女特工伊尔莎（丽贝卡·弗格森饰）突然出现，伊森·亨特发现，他要面对的并不只是恐怖分子，还有潜藏在政府部门的内鬼。

资深特工伊森·亨特也有百密一疏时刻，他在接收最新任务时遭到神秘组织“辛迪加”的暗算落入对方手中。辛迪加是一支由全球各地前特工组成的秘密组织，此前一直被CIA视为空穴来风。在对方成员伊尔莎·福斯特的帮助下，伊森逃出生天，并及时向威廉·布莱德汇报了辛迪加确切存在的消息。然而此时布莱德的日子并不好过，他负责的IMF机构因俄罗斯核弹头等事件遭到CIA指控并责令解散。在得知该组织密谋刺杀奥地利总统时，伊森联系上了老搭档班吉·邓恩展开行动，并于谜样女郎伊莎再度相会。接下来的一连串事件中，辛迪加的真面目逐渐揭开，而他们也终于显露出真实的目的……

雷夫（本•阿弗莱特）和丹尼（乔什•哈奈特）是一对自小玩在一起的好兄弟，两人对飞行都有很大兴趣，曾一起学习过驾驶飞机，二战初期，两人又一起加入了美国空军部队。受训期间，雷夫与军中医院里的女护士伊弗琳（凯特•贝金赛尔）坠入爱河。
为协助欧洲各国抵抗纳粹德国的侵略，美军决定派出精英部队前往欧洲大陆，雷夫自告奋勇前往参战，并将伊弗琳托付给丹尼照顾，不久，噩耗传来，雷夫的飞机在空战中不幸被德军击落，生还可能几乎为零。伊弗琳与丹尼在相互勉励的伤痛中，萌生爱情。令他们没想到的是，雷夫并没死去，当三人重聚首时，尴尬顿生。日军偷袭珍珠港一事帮他们解了围，雷夫与丹尼决定不做情敌做战友。