Sarah, John und Chuck sollen der CIA-Agentin Carina dabei helfen, einen Drogenbaron aufzuspüren. Die Agentin erweist sich jedoch alles andere als teamfähig, was nicht nur Sarah und Chuck in große Lebensgefahr bringt, sondern auch Misstrauen zwischen ihnen schürt, weil Carina es auf Chuck abgesehen hat. Einzig Morgan scheint sich über die Anwesenheit der Agentin zu freuen, denn damit ihre Tarnung nicht auffliegt, geht Carina eine kurze Affäre mit Chucks Freund ein...

Ein atomares Disaster droht der Welt. Weil der gescheiterte Profiturner Payne sich mit Hilfe eines tödlichen Wahrheitsserums die Geheimcodes für den Zugriff auf alle US-amerikanischen Atomwaffenarsenale verschaffen will, gerät Ellie in Lebensgefahr. Um sIe zu retten, muss Chuck die Atomcodes finden, um sie Payne im Tausch gegen das für Ellie lebensrettende Gegengift anzubieten. Chuck, Casey und Sarah geraten dabei aber ebenfalls unter den Einfluss der tödlichen Wahrheitsdroge...

Sarah versucht alles, um von ihrer ehemaligen Klassenkameradin Heather nicht erkannt zu werden. Sie kann jedoch nicht verhindern, dass sie sich schliesslich mit Chuck, Heather und deren Ehemann Ratner bei einem Abendessen wiederfindet, das von Chuck initiiert wurde, nachdem er bei einem seiner Intersect-Geistesblitze festgestellt hat, dass Ratner Zugriff auf supergeheime Baupläne für Supergeheimwaffen hat. Tatsächlich interessiert sich die russische Mafia für einen dieser Pläne.

Chuck lässt sich nur sehr widerwillig darauf ein, gemeinsam mit seinem besten Freund Morgan dessen Exfreundin Anna auszuspionieren, um herauszufinden, ob sie einen neuen Freund hat. Doch als sich herausstellt, dass es sich bei Annas neuem Freund um den Autohändler Jason Wang handelt, der mit den chinesischen Triaden in Verbindung steht, wird die ganze Angelegenheit auch für General Beckman interessant.

Um zu überprüfen, ob die Beziehung zwischen Sarah und Chuck nicht die Spionagearbeit belastet, beordert General Beckman Agent Alex Forrest ins Team. Diese übernimmt mehr und mehr die Pflichten von Sarah, bis sie sie schliesslich sogar von Beckman abberufen lässt – Chuck ist sauer, denn Alex ist so gar nicht sein Fall. Indessen versuchen Morgan, Jeff und Lester, sich auf die Junggesellenparty von Captain Abgefahren zu schleichen.

Nachdem der Intersect aus Chucks Kopf entfernt und Fulcrum vermeintlich vernichtend geschlagen wurde, kann sich Chuck endlich Ellies Hochzeit und seinem zukünftigen Leben widmen. Indes wird Casey für einen Einsatz nach Waziristan geschickt, und Sarah erfährt, dass sie mit Bryce an einem neuen Intersect-Projekt arbeiten soll. Doch dann taucht plötzlich der totgeglaubte Ted Roark auf der Hochzeit auf und droht, Ellie zu töten, wenn ihm Chuck nicht den Intersect bringt.

Chuck erhält eine neue Mission als Sarahs Freundin Carina zusammen mit ihrem Verlobten Karl in die Stadt kommt. Die Dinge werden jedoch kompliziert, als Chuck während der Mission seine Beziehungsprobleme mit Sarah aus der Welt schaffen will. In der Zwischenzeit gerät Morgan in Schwierigkeiten, weil er Jeff und Lester belügt.

Chuck verspricht, für Hannah, Ellie und Abgefahren das Abendessen zu kochen, muss allerdings zuerst für eine Mission die Identität eines gefährlichen Killers annehmen. Indessen will Sarah ihre Beziehung zu Shaw auf einer streng professionellen Ebene halten.

Während sie in Europa sind, reisen Sarah und Chuck im selben Zug wie der baskische Terrorist Juan Diaz Arnaldo. Obwohl sie komplett auf sich gestellt sind, beschließen die beiden, es mit dem Terroristen und seinen Gefolgsleuten aufzunehmen. Logischerweise läuft diese improvisierte Mission alles andere als rund. Indessen beauftragt Beckman ihr neuestes Team, Casey und Morgan, das vermisste Paar aufzuspüren.

Der Ring kommt Chuck und Operation Bartowski immer näher. Glücklicherweise arbeitet Chucks Vater Stephen hart, um seinen Sohn zu retten. Währenddessen muss Casey heimlich seine Tochter vor dem Ring beschützen und Big Mike erhält ernste Neuigkeiten bezüglich des Buy More.