Im Jahr 1945 informiert einer der Kommandeure von Hydra, dass die Vision des verstorbenen Red Skull weiterlebt und mithilfe eines Objekt, genannt der Obelisk, erreicht werden kann. Der Obelisk wird in einer Metallbox verstaut und weggesperrt. In der Gegenwart in Virginia versucht der ehemalige S.H.I.E.L.D.-Agent Roger Browning mithilfe eines Fotos der Metallbox, den Obelisken auf dem Schwarzmarkt zu verkaufen. Dann stürmt ein großer Mann herein, der Browning tötet. Die anwesenden Kaufinteressenten eröffnen das Feuer auf den Killer. Doch die Kugeln prallen an ihm ab. Sky May und Triplett kommen dazu, um die Kaufinteressierten zu schützen, denn diese arbeiten in einer Undercover-Operation für S.H.I.E.L.D.. Dann werden alle von Coulson aufgefordert, auf der Stelle von dem Ort zu verschwinden.

Mithilfe von optischen Illusionen gelingt es Daniel Whitehall, eine Frau, die Agent 33 genannt wird, dazu zu bringen, für Hydra zu arbeiten. Immer öfter gelingt es Hydra, fähige Agenten auf diese Weise auf ihre zu bringen. Coulson verliert langsam die Geduld, weil es gerade diese Kämpfer sind, die er für sein Team braucht. Wurde die Prozedur auch an Simmons vorgenommen? Sie scheint mit ihrem neuen Leben ganz zufrieden zu sein, das sie innerhalb Hydra als Wissenschaftlerin führt ...

In einer Kirche in Miami bricht ein Feuer aus. Ein Gemälde aus dem 14. Jahrhundert wird von dem Brand nicht beschädigt. Auf der Rückseite des Bildes finden sich Zeichnungen, die sehr jenen ähneln, die Coulson heimlich angefertigt hat. Hunter, May und Coulson nehmen an einer Veranstaltung teil, die dem Wiederaufbau der Kirche dienen soll. Auf der Gästeliste stehen fast ausschließlich Diplomaten und Politiker, sodass sie undercover arbeiten müssen. Zudem treffen sie auf Agentin 33, die von Hydra umgedreht wurde und sich als gefährliche Gegnerin herausstellt.

Auf einer Militär-Hochzeit einer Anti-Hydra-Einheit wird ein hinterhältiger Anschlag verübt: Der Champagne wurde von Hydra vergiftet und 8 Menschen starben, zahlreiche wurden verletzt. Dennoch ist Hydra enttäuscht von der Aktion, da mehr Opfer geplant waren und Whitehall ruft Simmons zum Rat herbei. Langsam wird Hydra bewusst, dass es einen Maulwurf in ihrer Mitte geben muss. Wird Simmons auffliegen?

Coulson und sein Team stellen sich Hydra in den Weg und die Parteien leisten sich einen epischen Kampf, um die Bewahrung eines uralten Geheimnisses zu sichern. Derweil entführt Ward seinen Bruder, Senator Christian Ward, um eine Reise zurück in die Vergangenheit anzutreten.

Coulsons Team begibt sich auf die Suche nach einer alten, verborgenen Stadt. Als sie den Eingang tatsächlich finden, ist das aber erst der Anfang. Denn um die Geheimnisse der Stadt zu lüften, wird von ihnen ein großes Opfer verlangt. Doch das Team steht unter Zeitdruck, da auch Hydra auf der Suche nach der Stadt ist. Derweil versucht der Rest des Teams, Raina vor Hydra zu beschützen, die es auf sie abgesehen haben.

Ein explosiver Zusammenstoß verändert das Schicksal aller und Skye enthüllt Geheimnisse aus ihrer Vergangenheit. Außerdem trifft sie – dank Ward – auf ihren Vater.

S.H.I.E.L.D. bemüht sich um Informationen über ihren neuen, gefährlichen Feind. Ein beschämendes Geheimnis aus Malicks Vergangenheit wird enthüllt, das das Erbe von HYDRA zu zerstören droht.

General Hale offenbart Coulson, dass Hydra bereits Kontakt zu einer außerirdischen Konföderation aufgenommen hat. Sie bietet ihre Hilfe bei einer bevorstehenden Alien-Invasion an. Außerdem bittet sie Coulson, sich mit ihr im Kampf gegen diese Invasion zu vereinen – in der Hoffnung, Johnson als mächtige Waffe gegen die Außerirdischen einsetzen zu können.