1944年，二战如火如荼，战争局势波谲云诡。纳粹德国四面出击，但在盟军的合力反击下，德军攻势已成强弩之末。此时此刻，德军一部分高级军官意识到战争的天平已经倾斜，希特勒（David Bamber 饰）的战争策略将引领德国走向灭亡。越来越多的军官相信，只有除掉希特勒及其支持者，发动政变夺取政权，并通过和谈与盟军达成协议，才能最终拯救德国。
在这样的思想影响下，一个名为“瓦尔基里”的计划应运而生。在整个计划中，陆军上校克劳斯•冯•施陶芬贝格（Tom Cruise 汤姆•克鲁斯 饰）扮演着重要的角色。出身贵族的施陶芬贝格一度倾心希特勒及其纳粹纲领，他于1943年率装甲师驰骋北非突尼斯战场，并在此失去右手臂、左手两个手指以及右眼。战争的残酷令他的思想发生巨大转变，回到德国后他作别妻儿，与刺杀组织高层军官共同开始策划谋杀最高元首希特勒的危险任务……

故事发生在第二次世界大战期间，一部分德国军官亦对希特勒（乌多·申克 Udo Schenk 饰）的残酷暴政感到不满，他们希望能够除掉纳粹党，同盟军和解。然而希特勒生性谨慎多疑，其行踪更是飘忽不定让人捉摸不透，之前的诸次暗杀计划均以失败告终。
唯一有希望接近希特勒的，是一位名叫史道芬贝格（赛巴斯汀‧柯赫 Sebastian Koch 饰）的年轻军官，他战功赫赫，深得独裁者的赏识和信赖。和副官赫福特中尉（哈代·克鲁格 Hardy Krüger Jr. 饰）一起，史道芬贝格带着装填着炸药的行李箱踏上了充满未知和危险的旅途。炸药虽然成功引爆，史道芬贝格亦顺利逃脱，但遗憾的是，希特勒并未丧命，这次暗杀计划的策划者们将要面对的命运，只有死亡。