Callen se embarca en un proyecto secreto, dejando a Sam y todo el equipo en la oscuridad. Después de que Hetty le exija que termine su operación, el equipo tiene la tarea de localizar a Callen antes de que se encuentre superado.

La Agente de la D.E.A. Talia Del Campo recurre al equipo de NCIS: Los Angeles en busca de ayuda cuando su compañero es asesinado. Además, cuando Kensi sospecha que Deeks está ocultando algo, él la sorprende presentándole a su madre.

El equipo investiga una masacre peruana de hace 20 años cuando una modelo famosa, quien se cree que es una de los supervivientes, se convierte en un blanco potencial. Kensi se hace pasar por la ayudante de la modelo, mientras que Deeks se hace pasar por su chófer.

Callen y Sam son obligados a trabajar en su día libre cuando misteriosamente reciben una llamada y la persona que llama amenaza las vidas de personas inocentes si no hacen exactamente lo que dice.

El Agente Especial DiNozzo del NCIS colabora con el equipo de NCIS: Los Angeles para buscar en la ciudad después de que su prisionero se escape de custodia en un vuelo desde Singapur a Los Ángeles.

El equipo del NCIS busca al ex compañero de Sam, Ruiz, que desaparece durante una operación encubierta para comprar un explosivo mortal.

Después de que un ex empleado del Departamento de Defensa revele secretos del gobierno a una secta, la Iglesia de la Mente Abierta, Kensi y Deeks se infiltran con el fin de protegerlo. Mientras tanto, el equipo debe evitar que la iglesia venda los secretos a un espía chino.

El equipo busca a Jada, la mujer a la que Sam dio asilo en los Estados Unidos hace cuatro años, después de que ella desaparezca. También, Kensi va encubierta con la Agente de la DEA Talia Del Campo.

El equipo busca a una adolescente desaparecida que se teme que haya sido contratada por una organización terrorista.

Deeks es arrestado e interrogado en relación al asesinato de su antiguo compañero, mientras que el equipo trata de demostrar su inocencia.

Un espía norcoreano es envenenado y golpeado por un camión. El equipo investiga quién está detrás del contrabando de espías en el país. Deeks y Kensi intentan incluir a sus madres en sus planes navideños.

Kensi y Deeks se infiltran en una planta de energía nuclear fuera de servicio donde un Sargento de artillería, que trabajaba como guardia de seguridad, fue envenenado por radiación.

El equipo investiga el asesinato de un empresario que se volvió capitalista y que ha desarrollado un programa informático, de forma secreta, que permite recopilar datos sin ser detectado.

Cuando Kensi y Deeks anuncian al equipo que se van a vivir juntos, Hetty les envía para proteger a un testigo, que resulta ser el ex-prometido de Kensi, que está en posesión de una lista que contiene contactos importantes en Afganistán, por la que la gente está dispuesta a matar para conseguir.

Con el fin de localizar a Arkady en Rusia, el equipo del NCIS va de incógnito junto a su hija, Anna, a una gala en Los Ángeles para acceder al ordenador del Cónsul General de Rusia.

Mientras están en Rusia, Callen, Sam y Anna diseñan una plan para sacar al padre de Anna y su compañero agente de la CIA de prisión. Además, el Agente Especial G. Callen finalmente se entera de lo que la "G" en su nombre significa, y en Los Ángeles, Kensi y Deeks llevan a Eric a una misión de campo.

Después de que se encuentre en África una gran cantidad de material de vigilancia de la familia de Sam, él y Callen vuelan allí para determinar quién es el responsable y con qué propósito. Además, la familia de Sam se muda de su casa a un lugar más seguro.

Cuando un espía cubano convicto escapa de la custodia de EE.UU. justo antes de que se produzca un intercambio de prisioneros con su país, el equipo queda en shock al enterarse de que Anna le ayudó a escapar. Además, Deeks admite a Kensi que piensa que es demasiado desordenada.

Callen y el equipo tratan de salvar a un niño en peligro inminente al que le han lavado el cerebro en una célula terrorista. Además, Deeks y Kensi discuten sobre tener hijos.

El equipo busca a un espía de Corea del Norte, mientras que deben proteger al Comandante del Comando del Pacífico.

Después de que el psicólogo operacional Nate Getz falla a Hetty mientras trabajan en una misión encubierta para unir el crimen organizado con el terrorismo, el equipo se entera de que está trabajando con un infame líder del crimen organizado.

Sam y Callen van encubiertos como bomberos cuando una información de alto secreto sobre algunos sospechosos de terrorismo es robada de un contenedor seguro del Departamento de Defensa en el lugar donde se produce un incendio.

Sam recibie un código de auxilio de su hijo Aiden en el que dice que su escuela militar en San Francisco ha sido tomada por un grupo extremista liderado por Tahir, el archienemigo de Sam. Él, Callen, Kensi y Deeks se precipitan al norte con la esperanza de detener a Tahir y liberar a los rehenes.