ในปี ค.ศ. 1963 นโปเลียน โซโล สายลับ CIA ลอบพาตัวเกบี เทลเลอร์ออกจากเยอรมนีตะวันออก ทั้งสองถูกอิลิยา คูรียากิน สายลับ KGB ไล่ตามแต่หนีรอดมาได้ โซโลได้รับข้อมูลจากซอนเดอส์ ผู้บังคับบัญชาว่ารูดี เกลเลอร์ ลุงของเกบีทำงานให้กับบริษัทขนส่งของอเล็กซานเดอร์และวิกตอเรีย วินชิเกร์รา สองคนนี้วางแผนให้อูโด เทลเลอร์ พ่อของเกบีผู้เป็นอดีตนักวิทยาศาสตร์ของนาซีสร้างอาวุธนิวเคลียร์ให้ ซอนเดอส์จึงต้องให้ CIA ร่วมมือกับ KGB หรือให้โซโลร่วมมือกับคูรียากินเพื่อยับยั้งแผนการดังกล่าว โดยโซโลและคูรียากินต่างได้รับคำสั่งให้ขโมยแผ่นดิสก์ที่มีข้อมูลการสร้างอาวุธนิวเคลียร์ของอูโดอย่างลับ ๆ

โซโล คูรียากินและเกบีเดินทางไปที่โรม โดยคูรียากินและเกบีแสดงตัวเป็นคู่หมั้น ส่วนโซโลเป็นพ่อค้าวัตถุโบราณ โซโลบอกคูรียากินว่าพวกเขาถูกจับตามองอยู่ คูรียากินจึงไม่ตอบโต้เมื่อถูกขโมยนาฬิกาที่เขาได้มาจากพ่อ ต่อมาที่งานแข่งรถจัดโดยพวกวินชิเกร์รา โซโลและคูรียากินสืบจนพบว่าการสร้างอาวุธนิวเคลียร์ใกล้สำเร็จแล้ว ทั้งสองจึงลอบเข้าไปในโรงงานของวินชิเกร์รา แต่สัญญาณเตือนภัยกลับทำงานจึงทำให้ต้องหลบหนีออกมาทางน้ำ คูรียากินจมน้ำแต่โซโลช่วยไว้ได้ ด้านวิกตอเรียที่สงสัยโซโลและคูรียากินเดินทางมาที่โรงแรมที่ทั้งสองพักอยู่และพบโซโลอยู่ในห้อง วันต่อมาเกบีไปพบรูดีและอเล็กซานเดอร์ พร้อมทั้งหักหลังโซโลและคูรียากิน คูรียากินหนีรอดไปได้ ส่วนโซโลถูกวางยาสลบและจับตัวไปทรมาน ต่อมาคูรียากินมาช่วยโซโลและเค้นข้อมูลจากรูดีจนพบว่าตอนนี้อาวุธนิวเคลียร์อยู่บนเกาะของพวกวินชิเกร์รา เกบีไปพบอูโด โดยอูโดถ่วงเวลาให้เกบีหนีไป แต่อูโดถูกวิกตอเรียยิงเสียชีวิต

ขณะเดียวกัน โซโลและคูรียากินถูกมิสเตอร์เวฟเวอรี เจ้าหน้าที่ MI6 เรียกไปพบ เวฟเวอรีบอกโซโลและคูรียากินว่า แท้จริงแล้วเกบีเป็นสายลับที่ทำงานให้เขาและพาทั้งสองคนไปที่เกาะของวินชิเกร์รา อเล็กซานเดอร์พยายามหลบหนีออกมาพร้อมหัวรบนิวเคลียร์แต่ถูกคูรียากินขัดขวางและฆ่าตาย แต่หัวรบดังกล่าวเป็นของปลอม ส่วนของจริงอยู่กับวิกตอเรียที่รอส่งมอบอยู่บนเรือ โซโลติดต่อวิกตอเรียจนหาตำแหน่งเรือพบและให้เวฟเวอรีสั่งยิงจรวจทำลายเรือลำนั้น ส่วนดิสก์ข้อมูลตกอยู่ในมือของโซโล

เมื่อกลับมาที่โรงแรม คูรียากินมาหาโซโลเพื่อแย่งชิงดิสก์ แต่เขาลังเลเมื่อโซโลคืนนาฬิกาของพ่อคูรียากินที่ถูกขโมยไปก่อนหน้านี้ให้ ทั้งสองตัดสินใจทำลายดิสก์ทิ้ง ต่อมาเกบีและเวฟเวอรีมาพบทั้งสอง เวฟเวอรีบอกว่ามีภารกิจใหม่ที่อิสตันบูลรออยู่และบอกชื่อทีมใหม่ว่าชื่อ "อั.ง.เ.คิ.ล." (U.N.C.L.E.)