美国加州的圣佩雷罗港一艘货轮爆炸，死亡27人，9000万美元失踪。事故发生以后，联邦调查局探员白基奇在医院等待昏迷不醒的幸存者；海关特派员大卫（查兹•帕明特里 饰）则对另外一名拿到特赦令的幸存者金特（凯文•史派西 饰）进行了审问。
金特供认，在事故中丧生的基顿（加布里埃尔•伯恩 饰）、法特（本尼西奥•德托罗 饰）、麦曼诺（斯蒂芬•鲍尔文 饰）和杜学尼（凯文•波拉克 饰），以及他本人，六个月前被警察局作为卡车抢劫案的疑犯带到警局过了一夜，五人因此结成了一个犯罪团伙，狼狈为奸，狠捞了好几笔。好景不长，某天，律师小林（皮特•波斯尔思韦特 饰）找到他们，让他们替神秘头目凯撒•苏尔烧掉货轮上的毒品。法特第一个退出，随即遭到杀害，剩下四人不得不接受了这个任务。在货轮上，麦曼诺、法特、基顿都没有找到毒品，也因此相继被凯撒杀害，船也被炸毁，金特因为留在岸上接应而侥幸生还。
另一边，在医院抢救的幸存者，拼出了凯撒的头像，结果让所有人大吃一惊……

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……