Sono passati tre anni dagli eventi del 2º Giorno. Un camioncino deposita un cadavere fuori dall’Unità Sanitaria di Los Angeles. Il corpo è infetto a causa di un virus mortale. Tony, ora in carica al CTU, viene a conoscenza del fatto che si tratta di una tattica di ricatto per riuscire ad ottenere il rilascio da parte del governo degli Stati Uniti di un signore della droga, Ramon Salazar, che Jack ha appena arrestato, prima che il fratello di Salazar diffonda il virus a Los Angeles. Jack e il suo nuovo partner, Chase Edmund, si preparano a firmare un accordo con Salazar in prigione. Salazar da un messaggio di avvertimento a Jack prima di uccidere il suo avvocato. Palmer è vivo e sta bene, ed è appena tornato a Los Angeles per la prima volta dopo l’attacco avvenuto tre anni prima. Sta partecipando alla campagna per la sua rielezione e si deve preparare per un dibattito importante con un senatore rivale. È accompagnato da suo fratello, che è anche il capo del suo staff, e il suo dottore, che è anche la sua fidanzata. Un giovane, Kyle Singer, viene visto esaminare una grande, misteriosa borsa contenente polvere bianca. Ha pianificato di portarla ad alcuni spacciatori più tardi in giornata, ma è stato osservato dagli uomini di Salazar. Kim adesso lavora al CTU e sta frequentando Chase da tre mesi. Kim vuole dirlo al padre, ma Jack è affetto da un misterioso problema di salute che potrebbe rendere le cose ancora più complicate.

Jack e Chase litigano a causa della relazione di Chase con Kim. Nel frattempo, trovano un indizio su dove si possa trovare il virus dopo aver fatto irruzione in una crackhouse. Linda rompe con Kyle quando scopre che sta progettando di fare una consegna di droga. Wayne si avvicina a Palmer con delle informazioni sulla sua fidanzata che potrebbero danneggiare le sue possibilità di essere rieletto, mentre un impiegato del CTU non è quello che sembra.

Sia Jack che Hector cercano Kyle, mentre Chase si scopre estromesso dalle missioni del CTU. Wayne e Palmer discutono a proposito delle implicazioni causate dal passato di Anne, mentre Ramon elimina uno dei suoi avversari con una mossa a sorpresa. Tony conduce un'operazione per prendere Kyle, ma scoppia la tragedia quando l’uomo di Salazar arriva per primo.

Jack e Chase combattono contro il tempo per catturare Saunders prima della scadenza, mentre Chappelle progetta una via di fuga. Michelle inizia una ricerca frenetica quando scopre che un ospite dell’hotel che è stato infettato può esserle scappato sotto il suo controllo.

Jack cerca di usare la figlia di Saunder come ascendente per prendere il controllo del virus, mentre Palmer deve occuparsi dei giornalisti disorientati. Michelle ottiene il risultato del suo tentativo, mentre Adam scopre che il virus ha colpito troppo vicino a casa. Tony si ritrova compromesso quando Saunders utilizza la sua unica debolezza.

Jack viene soccorso dall'unità di emergenza e trasportato all'FBI: non è contagioso, ma è stato infettato da un morbo artificiale simile all'encefalite della variante Creutzfeldt-Jakob ma a decorso fulmineo, e immancabilmente fatale. Intanto Tony, prigioniero di Starkwood, viene salvato sa un collaboratore di Jonas Hodges.

Larry è costretto al ritiro dalla base di Starkwood, ma Tony rimane all'interno e cerca di rintracciare le armi con l'aiuto del capo del consiglio della compagnia. Intanto Jack comincia ad accusare i primi sintomi della malattia, e Olivia deve tenere a bada il suo amico reporter che vuole pubblicare l'intera storia rischiando di causare il panico nella popolazione.

Jonas Hodges riesce a constringere la presidente a sospendere l'attacco a Starkwood e a ottenere un incontro alla Casa Bianca. Ma all'FBI Jack capisce che cosa sta accadendo e convince Moss a preparare un intervento con l'aiuto essenziale di Tony.

La nazione è ancora vulnerabile agli attacchi terroristici mentre la vita di Jonas Hodges è in bilico, e il suo capo rappresenta l'epicentro della minaccia crescente. Nel frattempo, Jack cerca di rivelare il tradimento di Tony Almeida.

Jack si preparara ad una fine che sembra ormai inevitabile, mente la presidente Taylor affronta l'ennesima scelta difficilissima.