あの1日から18ヶ月後。デイビッド・パーマー大統領は第二の波と呼ばれるテログループが同日中にロサンゼルス内で核爆弾の使用を企んでいることを知らされる。CTUのロサンゼルス支局は辞職した捜査官のジャック・バウアーに連絡を取ろうとする。ジャックは娘のキムとの会話を試みるが、彼女は母親の死を思い出したくないために彼を拒絶する。

ジャックはウォルドの部下のもとを訪れ、証人の生首を見せつけて忠誠心を証明する。ウォルドの右腕のエディ・グラントはジャックを仲間に入れる一方、他のメンバーはまだ彼を疑っており、ジャックの犯罪歴を検索するが、CTUがデータを改竄したことにより難を逃れる。

ジャックはパーマーの補佐官であるリン・クレスギにCTUの危機を警告する。彼女はNSA副長官の エリック・レイバーンにこれを伝えるが、彼はジャックの潜入捜査を続けさせたいために警告しない。

ジャックはクレスギに電話してCTU事件の責任を問う。ウォルドの居場所を知ったジャックはグラントとその部下たちを殺害し、そこへ向かう。ジャックはそこでウォルドに銃をつきつけて尋問を開始するが、彼の犬に噛みつかれたために逃げられ、コンクリートの部屋に立てこもられる。

ジャックはメイソンにマイヤーズの件を伝え、メイソンは彼女をCTUに移送させる。彼女は情報と引き換えに大統領恩赦を要求する。パーマーはマイヤーズに妻を殺されているジャックに他に選択肢が無いために恩赦を決めたことを伝える。

ジャックは情報を明かす前に釈放されることを要求するマイヤーズに恩赦文書を見せ、話さなければ殺すと言って脅す。マイヤーズが第二の波のインサイダーの居場所を知っていると主張すと、ジャックは彼女をそこへ連れて行くように手配する。

ジャックとマイヤーズらは彼女が話した場所に到着する。捜査官は襲いかかり、彼を捕える。マイヤーズは逃亡を試みるがジャックによって阻止される。

マイヤーズはその場でインサイダーに話をさせようとするが失敗する。彼らは飛行機でCTUに戻る。飛行中、マイヤーズはインサイダーから爆弾の場所を秘密裏に聞いた後に彼を殺害する。

デイビッドはシェリーがウィーランドを解放したと疑って非難する。飛行機は墜落し、生存したジャックとマイヤーズは工作員の襲撃を受ける。2人はCTUの部隊が到着するまで抵抗を続けるが、マイヤーズは落ちていたライフルを拾い上げてジャックに向ける。

ジャックは機転を利かせれマイヤーズから逃れる。ジャックは襲撃者の入れ墨を見て正体を特定し、彼らがNSAのために働く秘密の特殊部隊であることをデイビッドに伝える。

ジャックとCTUのチームはモスクまでアリを追跡する。ケイトはヒジャブを被ってイスラム教徒の女性になりすましてモスクに入り、アリの顔を確認する。アルメイダはボブにマリーがテロリストと繋がっており、レーザらを殺害した疑いがある件を明かす。

ジャックはモスクの聖職者に状況を説明する。CTUチームはなんとかアリを見つけ出し、ジャックは彼の自殺を食い止める。アリはジャックの拷問でも口を割らず、聖職者の説得に応じない。

ジャックとCTUチームは空港に到着する。スタントンはついに白状し、アメリカ政府により強固な軍事政策をさせるためにあえて爆弾計画を黙認し、空港で特殊作戦部隊が第二の波の工作員を殺害して爆弾を回収するという筋書きであることを明かす。

デイビッドがシェリーに詰め寄ると彼女はCIAと協力してスタントンを調べており、潜入で彼の協力者をしていたことを証明する。デイビッドは彼女を逮捕はしなかったものの、施設から追い出す。CTUはパイロットへの尋問を開始する。

CTUは爆弾の解体が不可能であることを知り、被害を最小限に抑えられるモハーヴェ砂漠で爆発させなければならないが、正確な位置まで飛行機で運ぶためにパイロットが犠牲にならなければならない自殺任務（英語版）しか方法がないと結論づける。

ジャックはCTUに戻る。デスラーはアリに音声記録について尋問するが、彼はそれとの関係を否定する。アルメイダは彼の主張を信じず、音声記録か本物であるとパーマーに話す。

ジャックとケイトは入れ墨男が指示する場所に向かう途中、アウダが自分たちをつけている事に気付き、彼を同行させる。到着したジャックは入れ墨男の正体は空港で他の6人を殺害した7人目の特殊部隊員のジョナサン・ウォレスであることを知る。

攻撃を受けたジャックはデスラーに電話して傭兵たちの位置を示す衛星画像を要求する。4人は何人かの傭兵を倒してくるまで逃げるが、ウォレスは重傷を負ってしまう。

アウダはチップからトランスポンダを発見する。ジャックはトランスポンダ、アウダとケイトはチップを持って逃げる。ジャックは傭兵に捕えられ、彼らはチップのありかを吐かせるために拷問を始める。

傭兵たちは医者を脅してジャックを蘇生させる。事件の首謀者の1人であるピーター・キングスレーは傭兵団の2番手の男にリーダーを殺して拷問を続けるように命じる。

ジャックは暴漢たちを捕まえてチップを回収する。それは破損しており、アルメイダにキングスレーの名前があるかを調べされる。ケイトはマリーの凶行は自分に責任があると言うが、ジャックは彼女の手に負えなかったと弁護する。

ジャックはシェリーとそのボディガードに銃を向け、彼女の関与を突き止める。ジャックは隠れていたヒューイットを捕え、彼は証言と引き換えに免責を要求する。

ヒューイットは重傷を負い、一刻も早いヘリコプターの到着が必要とされる。本部のエージェントが到着して閉じ込められたシャペルが発見されると彼はヘリコプターを引き返させ、さらにデスラーが作業をするバンの外にいるアルメイダを逮捕する。

ジャックとシェリーは車を奪って運転を続ける。DOJの職員はノヴィックに自身の見解を話し、ノヴィックはシャペルにジャックに協力するように命じる。