Lynn ordina a Curtis di prendere Jack in custodia per aver violato gli ordini presidenziali, ma Jack prende il largo dopo aver ricevuto informazioni da Nathanson sull'ubicazione del gas nervino. Lynn scopre che i suoi collaboratori stanno lavorando contro di lui per dare una mano a Jack mentre il capo dei terroristi presenta le sue richieste al Presidente. Logan informa Bierko sull'itinerario del Presidente Russo, Yuri Suvarov e Martha prende misure disperate per ottenere l'attenzione di suo marito.

Logan sente i morsi della coscienza quando scopre che sua moglie si trova insieme ai Suvarovs. Audrey convince Curtis a prendere provvedimenti per il comportamento di Lynn, nel frattempo Jack scopre che un ex agente del CTU, Christopher Henderson, lavora per un'azienda che è connessa al gas nervino.

Jack interroga la moglie di Henderson in merito ai contatti di Christopher con i terroristi. Lynn supplica sua sorella di restituirgli la carta magnetica rubata. Tony riprende conoscenza e viene a sapere della morte di Michelle, Logan viene trattato freddamente da sua moglie, mentre Curtis scopre un attentato a base di gas nervino ai danni di un ospedale della città.

Jack porta Henderson al CTU per interrogarlo, una volta arrivati affronta una discussione con sua figlia Kim. Mike chiede aiuto a Martha mentre Logan riceve pressioni dal Vice Presidente per instaurare la legge marziale a Los Angeles. Lynn collega il furto della sua carta magnetica con l'imminente attacco al CTU, ma il suo avvertimento arriva troppo tardi e un terrorista riesce a infiltrarsi nell'edificio.

Jack e Lynn scoprono che il gas nervino sta penetrando i sigilli che fino a ora hanno salvato la vita alle persone presenti nel CTU. Chloe è in pena per la morte di Edgar ma cerca di mantenere i nervi saldi, nel frattempo Tony pensa a come vendicarsi di Henderson. Martha cerca di sostenere suo marito che risente della pressione politica che sta subendo da Gardner.

Jack fa un accodo con un agente segreto tedesco per trovare la donna che lo può condurre da Bierko. La Homeland Security interviene nella gestione delle cose preparandosi a prendere il comando dalle mani del CTU. Aaron riceve una richiesta per un incontro segreto con Wayne Palmer, nel frattempo Logan decide di instaurare la legge marziale nella città di Los Angeles.

Jack è costretto a interrogare Audrey che potrebbe essere coinvolta con i terroristi, Wayne e Aaron scappano da un gruppo armato mandato da Henderson per eliminarli. Bierko e i suoi uomini ottengono l'accesso a un impianto di gas naturale e si preparano a diffondere il gas nervino in tutta la città.

Jack e Wayne localizzano una fonte che ha delle informazioni sull'assassinio di Palmer: Evelyn Martin, l'assistente di Martha. Purtroppo le cose si complicano per via di Henderson che sta ricattando l'informatrice per tapparle la bocca. La Homeland Security sta soppiantando il CTU e Audrey è costretta a rimuovere Buchanan dall'incarico per permettere a Chloe di rimanere al CTU per aiutare Jack.

Logan da ordine di abbattere l'aereo e Jack cerca un posto sicuro per un atterraggio di fortuna. Hayes prepara Bierko per trasferirlo in una struttura di massima sicurezza, Audrey riceve delle buone notizie su suo padre, Logan è disperato perchè il suo piano sta andando a rotoli, ma un alleato misterioso al CTU ribalta la situazione a suo favore.

Bierko riesce a fuggire durante il trasferimento e usa l'ultimo contenitore di gas nervino per un attacco a sorpresa. Jack è costretto a collaborare con Henderson per rintracciare Bierko, ma Henderson offre il suo aiuto in cambio di una richiesta. Logan è costretto a prendere drastiche misure quando Aaron decide di mandare all'aria la copertura.

Bierko si prepara a lanciare il suo attacco contro Los Angeles, ma Jack e Henderson riescono a riappropriarsi del sottomarino rubato. Chloe chiede aiuto a una vecchia conoscenza, Martha e Aaron si rivolgono a Mike chiedendogli aiuto per portare alla luce la verità su Logan.