故事发生在1963年的德国，时值冷战期间，德国女汽车技师嘉比（艾丽西亚·维坎德 Alicia Vikander 饰）的父亲是一位精通核武器的专家，最近，有证据表情他正在帮助纳粹制造核武器，来达到统一全人类的邪恶野望。
拿破仑（亨利·卡维尔 Henry Cavill 饰）是CIA的特工，他曾经犯过的错误让他的仕途岌岌可危，他必须做出点成绩来证明自己并非无用之才。伊利亚（艾米·汉莫 Armie Hammer 饰）是苏联国家安全委员会特工，他的父亲被政府打上了贪污分子的烙印，为了摆脱父亲带给自己的不良影响，伊利亚必须比其他人更加努力。这样的两个人都想要赶在对方之前将核弹大师捉拿归案。

1990年代中期，暗号「黑金星」的南韩「国家安全企划部」情报员，假扮成南韩商人跟北韩进行商业交易，藉此渗透北韩军事单位，打探核开发情报，他得在最危险的地方，赢得敌方的信任，没想到一心只想完成任务的他，却在不自觉中陷入南北韩权力高层间的恐怖阴谋。

1942年10月10日，汪伪政权举行了盛大的国民政府庆典。然而，一系列的军政要员遇刺事件，让身为特务处长王田香（王志文 饰）如坐针毡。在对女刺客（刘威葳 饰）的酷刑审问中，他获得了一条关键的情报——代号为老鬼的地下党已经混入了剿匪司令部。立功心切的王田香立刻向日本皇军特务机关长武田（黄晓明 饰）做了汇报。二人随即在裘庄布下了一个圈套，意图通过放出假消息逼老鬼现身。
在被怀疑的对象中，有司令的侍从官白小年（苏有朋 饰）、军机处长金生火（英达 饰）、剿匪大队长吴志国（张涵予 饰）、译电组组长李宁玉（李冰冰 饰）以及行政收发专员顾晓梦（周迅 饰）。在怀疑与排查中，武田与王田香不择手段软硬兼施，然而事情的发展却出乎意料……

多米尼卡（詹妮弗·劳伦斯 Jennifer Lawrence 饰）本是一名芭蕾舞演员，在一场意外中负伤，导致她无法再继续经营自己热爱的舞蹈事业。之后，多米尼卡在被迫的情况下被训练成为了一名间谍，代号“红雀”。她被上级指派潜伏在一位名叫内森尼尔（乔尔·埃哲顿 Joel Edgerton 饰）的美国中情局特工身边，套取他手中掌握的间谍名单。
哪知道原本的逢场作戏竟然让多米尼卡动了真情，她和内森尼尔双双坠入了情网之中，后者也了解到了多米尼卡的悲惨身世，为了帮助爱人复仇，内森尼尔决定成为一名双重间谍，帮助多米尼卡揪出安插在美国军方中的俄罗斯间谍。

上世纪三十年代，四位曾在苏联接受特训的共产党特工组成任务小队，回国执行代号为“乌特拉”的秘密行动。由于叛徒的出卖，他们从跳伞降落的第一刻起， 就已置身于敌人布下的罗网之中。同志能否脱身，任务能否完成，雪一直下，立于“悬崖之上”的行动小组面临严峻考验。

这次，国际警察陈家驹（成龙 饰）受到美国中央情报局的委托，调查一个国际核子武器的贩卖集团。上司与家驹开始都以为是天荒夜谈，他们根本不相信有什么组织能从黑市里搞来核子武器，认为调查的只是一群乌合之众。然而，当家驹跟踪疑犯徐杰进行交易，进而意外发现了乌克兰的核弹基地，他才意 识到事态严重。
交易的双方发现了家驹，他逃走时失足掉入了冰湖，幸得俄军相救才侥幸活命。家驹恢复后俄军上校格里格派往澳洲追查徐杰的妹妹安妮（吴辰君 饰）。但家驹刚抵达澳洲，就遭到了当地黑帮的追杀，家驹隐隐感到事件背后不简单。