アメリカ初の女性大統領が誕生したばかりのワシントンD.C.。子供たちを救うためアメリカに強制送還させられたジャックは、CTU時代の行き過ぎた捜査について公聴会で厳しい追及を受けていた。その最中、FBIの女性捜査官ルネ・ウォーカーが現れ、ジャックはインフラ防護システムの設計者であるマイケル・レイサム誘拐事件の捜査協力を要請される。

トニーたち一味は管制センターを制御不能にし、管制員を装いJFK空港着の民間機2機を誘導。センターから連絡を受けたFBIは、前例のない事態に対処法が見つけられずにいた。敵に行動を知られたジャックは、FBI内部に内通者がいるはずだとルネに話すが、彼女はジャックの話に耳を貸さず、ジャックを車に閉じこめる。

FBIではトニーへの尋問の準備が進み、ジャックは自分ならトニーから話を聞き出せる、とモス支局長を説き伏せる。だが、真相をなかなか言わないトニーに激高し首を締めあげると、トニーは小声で“ディープスカイ”とささやく。トニーを殺しかけたと見なされ別室に連れ出されたジャックは、ある所へ電話をする。電話の相手はCTU時代の上司であるビル・ブキャナンだった!?

FBIでは、逃走したジャックたちを必死に追跡。一方、ジャックはクロエの待つ隠れ家に到着。ブキャナンとトニーはジャックに経緯を話し、ジュマに加担する政府内の陰謀を暴くには、国内でデュバクを捕らえることが重要だと説明する。そして疑われないようトニーを再び潜入捜査に戻すには、自分の助けが必要不可欠だとジャックは悟る。

FBIからテロリストによる公邸襲撃の緊急連絡を受けたマトボ夫妻は、ジャックたちの襲撃直前に核シェルターに避難。ジャックたちはシェルターをこじ開けようとするが、中からしかドアは開かない。しかも、背後にはFBIが迫っている。脅しの効かないマトボ首相に、ジャックはアンモニアガスを使ってあぶり出そうと試みる。

ジャックが巧く弾を外したもののエマーソンの指示で埋められたルネは、間一髪でブキャナンとクロエに救出、蘇生される。飛行場に到着するとトニーの裏切りに気づいていたエマーソンは、ジャックに銃口を突きつける。トニーは仕方なく兄弟のように慕うエマーソンを撃ち、ジャックを救出。ジャックはマトボ夫妻に真相を告げ、デュバクを捕らえるためにこのまま人質として彼の元へ行ってほしいと頼む。

FBIでは、ジャニスがデュバクの攻撃について検証し侵入のコード・パターンを発見。それを頼りに次の標的を分析途中、オハイオ州キドロン郊外の化学工場に異変があることに気づく。工場長に連絡すると、毒性の強い濃縮殺虫剤のメインタンクを閉じることができず圧力が上昇、このままでは大気中に流出すると言われる。猶予は15分以内。流出すると人口3万人のうちの半数以上が死亡することになる。

大統領は会見を行い、テロには決して屈しない、先ほどサンガラ解放作戦を開始したと表明。その後、無事テロリストたちの手から生還したマトボたちと面会。大統領はジャックから政府内部の者がジュマ政権と組み、外交政策を妨害していると聞かされる。半信半疑の大統領だったが、そこにデュバクから「ヘンリーを拉致した。夫を死なせたくなければ即サンガラから撤退し、4時までにマトボを引き渡せ」と連絡が入る。

食料品店への襲撃は成功したものの、ヘンリーは胸に被弾し重症を負う。さらに、デュバクも現場には既にいなかった。ジャックはデュバクが国外に出る気でいると察し、手がかりを探す。ジャックから報告を受けた大統領は、即座に病院へ向かおうとするが、外では守りきれないと補佐官に止められ、ブキャナンが護衛を申し出る。

デュバクの手先はジャニスではなくショーンだった。ショーンの同僚で愛人のエリカも手を貸していた。モスが警察の誤解を解き、釈放されたジャックとルネは、車を爆走させデュバク一味の車に乗り換えたマリカを必死で追跡する。すると車内のマリカが運転手に妨害を加え、車はクラッシュ。ジャックは意識を失ったデュバクを救出し拘束。ルネはジャックの指示を無視し、火のあがる車内からマリカを助け出そうとする。

病院に移送されていたデュバクの容体が急変し、息を引き取る。その頃、サンガラでは米軍圧勝の戦況の中、ジュマ将軍の声明が世界放映される。ジュマは米軍介入前に本国から姿をくらましていた。一方、FBIではファイルにあったリストの名前をクロエが割り出し中で、一斉検挙に向け士気を高めていた。そんな中、クロエにジャックから電話が入り、「リストにあるメイヤー議員の秘書バーネットの名を消去してくれ」と言われる。

テロの標的は官邸だった。携帯電話を水でダメにしてしまったルネは何とかFBIにこの事実を知らせようとするが、敵の1人に見つかり追われる身。その頃、ジュマたちは官邸へ通じる水路を通って建物の地下に潜入していた。拘留されたジャックは、ブキャナンに「自分に代わってバーネットを再尋問し何が何でも標的を吐かせてくれ」と頼むが、ブキャナンは自分には無理だ、とすまなそうに断る。

ジャックと大統領は止むに止まれずドアを開け投降、人質に加わる。だが、その直前、ジャックは避難室にあったメタンガスのバルブを開けてきていた。ジャックはブキャナンに、自分が身を呈して爆発を起こすので、その混乱に乗じて大統領を救出するよう耳打ち。ブキャナンに用意を促すが、ブキャナンは「ジュマを倒してもテロは続く。君が頼みの綱だ」と言い残し、避難室に駆け込み銃を発砲、自らの命と引き換えに爆発を起こす。

病院から逃走したジャックは、拝借した監視カメラの映像から刺客の男を見つけだし、FBIのルネに連絡。停職処分になったと言うルネに協力を頼み、画像を送る。男はスタークウッドで働くジョン・クインとわかる。ジュマとの繋がりは不明だが、スタークウッドを調べていたメイヤー議員なら知っているかもしれないとルネに言われ、ジャックはメイヤー宅へ。一方、官邸では、ケニンがバーネット殺害の経緯と失態を大統領に報告する。

生物兵器はすでに国内に届いている、と知ったジャックはトニーに連絡し、港に向かう。ジャックは、港湾局の警備員を捕まえ、金のために彼らの話に乗ったことを聞き出す。そこに犯人達が到着し、目当てのコンテナのある場所に向かい、トラックに積み込む準備を始める。荷物を確認したトニーは、ジャックに車に戻るよう提案するが、ジャックはその場に留まり、警備員の命を救う。結果、2人の存在が敵に知られ、激しい銃撃戦となる。

CDCはガスを浴びたジャックを検査。その頃、奪回した兵器と拉致したトニーを乗せたヘリは、黒幕ジョナス・ホッジスの待つスタークウッドへ。ホッジスは手下たちに大急ぎで兵器を仕込むよう命じる。官邸では大統領がオリヴィアを臨時首席補佐官に任命。そこにモスからジャックの無実とサンガラで製造された生物兵器の報告が入る。ケニンとジャックの情報を記者コリアーにリークしたオリヴィアは気が気ではない。

シートンの行動は、兵器を仕込むための時間稼ぎだった。ホッジスの傭兵部隊に包囲されたモスたちは手も足も出ず足止め状態。しかし、FBIにいるジャックがメイヤー議員のファイルから突破口を見つける。ジャックは、スタークウッドの会長であるダグラス・ノウルズに連絡し、協力を仰ぐ。そして、陽動作戦でトニーを逃がし他は引き揚げるよう指示する。残ったトニーはノウルズと落ち合い、兵器があるであろう場所へと向かう。

選択肢のない大統領は即座に空爆の中止を命令。だが、真相を知らない閣僚やジャックたちは突然の中止命令に納得いかない。そんなときスタークウッドから引き揚げようとしていたトニーが、現場に地対地ミサイルがあることに気づく。ジャックは即、大統領に連絡し、ミサイルの破壊許可を求める。しかし、ホッジスに脅されている大統領は公に許可を出すわけにはいかない。ジャックは大統領の立場を察し、極秘に破壊計画を進める。

傭兵はトニーの仲間だった。トニーはあろうことかモスを殺し、傭兵を逃がす。さらに自らを撃ち、敵から奇襲されたよう装う。一方、FBIでは傭兵が元特殊部隊ロバート・ガルヴェスと判明、緊急手配を敷く。その直後、モスの死がルネに知らされ、ルネはショックを受けながらも動揺を隠し、モスに代わって指揮を執る。忘れる前にと事件一連の経過を捜査官に語っていたジャックは事情を聞き、現場に向かうルネに同行する。

治療を受けたジャックはマヒした喉から声を絞り出し、ルネに共犯者がトニーであることを伝え、緊急手配させる。トニーは捜査網を突破し、爆破の混乱に紛れて逃げ出したガルヴェスの待つモーテルへ。詮索するガルヴェスを殺し、弁護士を装いホッジスに薬を渡した女を待つ。「早く届けないと」と言う女に、トニーは「連中に渡しても半年は使わない。その容器を使って今やるべきだ」と応え、彼女に組織を説得させる。

トニーの一味は自宅にいたジブラーンを捕らえ、弟ハミッドの命と引き換えにジブラーンを意のままに操る。テロの首謀者に仕立てあげるため証拠を捏造、そして声明を読ませ録画し始める。その頃、FBIでは、標的の範囲を広げ、クロエが不審な銀行口座取引からターゲットがジブラーンであることを掴み、ジャックとルネはジブラーンの身元保証人ゴハールの元へ。知らないと言い張るゴハールをジャックが厳しく追及する。

トニーたちは作戦を決行。弟の無事を知らないジブラーンに無線探知機を付け、地下鉄でワシントンセンター駅へと向かわせる。その間、トニーの相棒である例の女が、散布を最大にするため容器を改良した生物兵器を持ち、地下鉄へ。このままだと約1万人の通勤者が病原体にさらされることになる。一方、ジャックは痛みに苦しむ見張りを力づくで尋問、トニーにつながる緊急の番号を吐かせ、電話を探知する。

ジャックはカーラの命令で、トニーを逃がすために護送車を乗っ取る。驚くルネに対し、キムの命が狙われている事を話し、ジャックはトニーたちによってアジトに連行される。トニーたちは、ジャックの体内から病原体を採取して、生物兵器を作り直すことを狙いとしていた。ジャックの病原体が利用可能であることが分かり、カーラはウィルソンに状況を報告する。その間、ジャックは隙をついて、アジトから逃走する。

ケニンとピアースはオリヴィアを訪ね、彼女がマーティンにホッジス殺害を依頼した会話の録音データを聞かせる。その頃、ジャックは再びトニーに捕まる。トニーはミッシェル殺しの犯人を調べる過程でウィルソンの組織を知り、一連の行動は彼らを倒すためのものであったと話す。トニーはジャックの病原体をエサにウィルソンをおびき寄せ、ウィルソンに近づいたところでジャックの腹に巻きつけられた爆弾を爆発させようとしていた。

アメリカ合衆国と中東のカミスタンとの歴史的快挙となる和平協定の調停が目前に迫るニューヨーク。 治療を終えたジャック・バウアーは、キム夫妻と愛してやまない孫と幸せな時を過ごしていた。キムらの説得により彼らとLAでの同居を決意したジャック。 そんな彼の下に負傷した情報屋のビクターが駆け込んでくる。

ハッサン大統領暗殺の情報と引き換えにCTUでの保護を申し出たビクター。銃撃を掻い潜りヘリポートへと到着したジャックたちだったが、ミサイル攻撃を受けてしまう。 瀕死に陥ったビクターはジャックに「ハッサンの周辺に内通者がいる」と言い絶命してしまう。 一方、CTUではメレディス・リードという女性記者が、国連のデータベースにハッキングしたことを突き止める。しかし、リードはハッサンと不倫関係にあった。

無事にリードを捕えたCTUチームだったが、真犯人は別にいるとのクロエの直感に従い、リードのアパートから出てきた不審な男の捜査を開始するジャック。 男の足取りを追い、ある家にたどり着いたジャックだったが、そこで射殺体を発見。そこに警官2人が到着、犯人と間違えた二人はジャックを逮捕してしまう。 そんな中、デイナの下に現れた謎の男、ケビン・ウェイドは「過去のことをバラされたくなければ、泊まる場所を確保しろ」と言い、デイナは泣く泣く自宅のカギを渡す。

ハッサンらがいる国連ビルに爆弾が仕掛けられていることが判明し、コールらに避難命令が下るが、爆弾は避難ルートに仕掛けられていた。 警官から逃れコールにハッサンを乗せた車を止めるように指示するジャック。爆発を間一髪で避けたコール達。逃走した犯人を追いつめたコールだったが逆に銃口を押し付けられる。そんな中ジャックが到着し、犯人を射殺。

隠れ家に到着したルネとジャック。ルネはジヤにウラジミールの下へ連れて行くよう交渉するが、保護観察用のリストバンドを付けているジヤの腕を切断してしまう。 一方ファラドは[赤の広場」のリーダー、バザエフの元に転がり込み、弱気になっていたバザエフに取引を強いる。 そんな中、ケビンに弱みを握られているデイナは彼の指示に従い、任務中にも関わらず無断で帰宅してしまう。

ウラジミールは、ルネの「私は病んでる。取引しないなら殺しなさい、さあ撃って」という心からの声を信用し、ルネは潜入に成功。アジトに戻ったウラジミールは、ルネから燃料棒の取引話を聞き、「まず買い手に会わせろ。それと手付け500万ドルをよこせ」と言う。ジャックはCTUチームと合流し、会合場所へと向かう。核兵器はヤバいと反対する手下に、ウラジミールは500万ドルを奪って、買い手は殺せと指示を下す。

テイラー大統領はハッサンの行動をいぶかる各国代表を説得し、調印反対を思い止どまらせる。ジャックはウラジミールのアジトへ到着。ウラジミールとの交渉で身を危険にさらしているルネに再度、作戦から抜けるよう密かに説得するが、ルネは首を縦に振らず、ウラジミールの元へ。CTUでは、国の大事にもかかわらず、度々席を外すデイナの行動に、同僚のアーロが不審を抱く。

ロシアマフィアに拉致されたジャックを無人機で追跡するはずが、ジャックの痕跡はどこにもなく、CTUはジャックを見失う。一方、セルゲイのアジトに連れこまれたジャックは、雇い主を聞かれ巧くごまかすがセルゲイに信用されず、手下から手ひどい拷問を受ける。そしてセルゲイから「輸送はしばらく見合わせる」と言われたファラドは不服をまくし立てるのだが、なす術もなく取引合流場所に向かい待機するはめになる。

ジャックはセルゲイを使って息子を説得するが、説得に応じた直後、ジョセフは銃撃され、ファラドと仲間一味に核燃料棒を奪われてしまう。その報告を受けた大統領主席補佐官のワイスは、ヘイスティングスにクギを刺し、ウラジミールを殺したルネに責任を転嫁させようと画策する。その頃コールには、アーロからデイナの居所を突き止めたとの電話が入り、コールは無断でデイナの元へと向かう。

ヘイスティングスは、テイラー大統領にジャックのチームがファラド救出に向かっていると報告。保護した後ファラドに犯人を特定させるため、ハッサンに工作員リストを提供してもらえるよう話してほしいと頼む。苦渋の選択を迫られたハッサンは、テイラー大統領に合意し、担当者に連絡を入れる。だが、その担当者は大使館に移送中のタリンに銃口を突きつけられていた…。

酸素室に閉じこもったマルコスは、4つある回路を1つずつ起爆可能にし、自爆を図ろうとしていた。CTUでは、ヘイスティングスの信頼を失ったデイナがクロエのサポートに降格、コールはマルコスの母親を病院に連行するよう命じられる。病院のマルコスはジャックの説得にも頑として応じず、黙々と作業を続ける。一方、タリンと密会しているカイラは、ファラドからNY攻撃の話を聞いた母ダリアからの電話にも出ようとしない…。

NY市警とジャックのチームはホテルへ急行。カイラは、タリンに悟られないよう時間を稼ぐが、タリンが外の異変に気づき、強引にカイラを連れて部屋から出る。市警はジャックからの指示を無視してホテルへ突入し、カイラを連れたタリンをまんまと取り逃がす。CTUのデイナの元には、ケビンの保護監察官だと言うプレイディが訪ねてくる。デイナはもっともらしいウソで追い返そうとするが、倉庫強盗の件も知っているプレイディは簡単には引き下がらない。

CTUは電子パルス爆弾によりシステムダウン、機能を失う。核燃料棒を見失ったジャックはNSAに橋とトンネルの封鎖を頼み、コールと共に唯一の搬入路であるイーストリバーへと向かう。現場に着いたジャックたちを、敵は激しく銃撃。通信を妨害されたジャックら4人は孤立無援で、この危機を乗り切るしかない。その間、敵2人がボートで逃走、燃料棒を乗せマンハッタンへと向かうのだった…。

あろうことかデイナは敵を支援する内通者だった。デイナは、復旧した衛星で敵を追跡するCTUの捜査を、内部から密かに妨害し敵を逃がす。マンハッタンで敵を取り逃がしたと知ったテイラー大統領は、ジャックにハッサン一家を国連から空軍基地に避難させる護送を依頼。そんな大統領の元に犯人から電話が入り、燃料棒から作った放射能爆弾を起爆させたくなければハッサンを引き渡せと要求する…。

辛うじてハッサン一家を守ったジャックだったが、隠密部隊の生き残りから、あと10数分でNYが爆破されると聞いたハッサンは自ら投降。ジャックたちを閉じ込め、その残兵と敵の元へ向かう。爆発まで10秒を切った間一髪で取引成立。残兵が爆弾を無事確保するが、ジャックから報告を受けたテイラー大統領は将軍とワイスを反逆罪で逮捕、彼らに軟禁されていた重病のケニン長官を保護する。

CTUは未だ敵の手中にあるハッサンを再度追跡。CTUに戻ったルネはクロエと共に、ジャックが敵の車から押収した携帯から内通者を捜索。ヘイスティングスに内通者がデイナだと知らせるが、すでにデイナはCTU出口に向かっていた。警備官に発砲し逃走するデイナをコール

ハッサンは処刑され、和平協定は白紙状態。無念のジャックはコールに重症の首謀者サミールの移送を託して、現場から去る。テイラー大統領は各国代表団に会談の中止を伝えようとするが、ジャモ大臣がハッサンの妻ダリアを後任にし、和平協定を続行するよう提案する。だがロシアが反対、ケニンは苦肉の策として、あのローガンを調停役に推す。一方、CTUのクロエはヘイスティングスに代わり臨時支部長役を任命される。

ルネを失い呆然とするジャックだったが、クロエから“赤の広場"が関係していると聞き出し、バザエフがいる連邦裁判所へ。バザエフに圧力をかけ、黒幕はロシア政府だと吐かせる。ロシア外相との隠密交渉をまとめご機嫌のローガンだったが、ジャックが黒幕の情報をつかんだと知り窮地に。そこでローガンは、真相が暴かれれば和平交渉が水泡に帰すとテイラー大統領の急所を突き、彼女にジャックを止めさせようとする。

ヘリを降下したジャックはCTUの厳重な追跡をかわし、真実を暴く決意をする。一方、一線を越えたテイラー大統領はケニンに進言され、テロとロシアの関与を暴き和平協定を断念する覚悟を決める。が、またもローガンにそそのかされ和平協定のため証拠隠ぺい、つまりデイナを民間軍事会社に託し、監禁して口を割らせようとするのだ。逃走中のジャックはCTUのクロエに連絡、デイナに会わせろと頼む。

ジャックとコールはデイナ監禁場所に乗り込む。拷問されているデイナを助け出し、ロシア関与を示す証拠の隠し場所を問いただすが、デイナは話そうとしない。業を煮やしたジャックはデイナに銃を突きつける。CTUのクロエは、全スタッフにジャックの捜索・捕獲を指示。窮地に立たされたテイラー大統領はローガンに連絡。ローガンは、自分の秘書ピラーと助手イーデンをCTUに送り込み、ジャック抹殺をもくろむ。

デイナを射殺し映像カードを手に入れたジャックは、そのデータを旧友ジムに送り、映像の男を特定するよう依頼。調査の結果、男が1ヶ月前に入国したパーヴェルというロシア人だと知らされる。パーヴェルの行方を突き止めるため、ジャックは記者リードに連絡。ハッサンの件で20分後に会ってほしいと頼む。CTUのピラーはリードとの通話記録を傍受。それを聞いたローガンは刺客パーヴェルと工作員を送る。

ジャックは信頼できる相手に連絡して記事にしてほしい、とリードに映像カードを渡す。一方、ジャックが逃げたと知ったローガンは、なんとテイラー大統領にリードを逮捕する手配を頼む。ピラーの介入に不審を覚えるCTUのクロエはアーロの助けを借り、密かにジャックの人脈を捜索し、ジムが浮上する。ジムの助けでローガンの行動を突き止めたジャックは、完全武装してローガンのリムジンを襲撃する…。

クロエに派遣されたコールはジムの隠れ家に到着。コールはクロエに、ジャックがルネ殺害を指揮したスワロフ大統領を殺すつもりだと話す。ジャックはノヴァコヴィッチ襲撃で深手を負いながらも、国連に向かうピラーを拉致し国連内に侵入。コールが逮捕されたと聞いたダリアはテイラー大統領と面会し、ロシアがハッサン殺害に関わっていたことを知り激昂するが、大統領はダリアを脅し、調印式を進めようとする。

ジャックはクロエを拘束。襲撃時に盗聴マイクを付け録音した関与の証拠を盾にローガンを脅し、スワロフを彼の部屋におびき出させる。訪れたスワロフに狙いを定めるジャック。だが、それでも説得を続けるクロエの言葉「私がもみ消しを暴く」が、最終的にジャックの心に届き銃を置く。ジャックは録音データをクロエに託し、生きたままこの窮地から脱するため自分を撃つよう命令。撃った直後、CTUチームが乗り込んでくる。