ジャックの偽装死から18ヵ月後――首脳会談で訪米するロシア大統領を迎えるため、ロサンゼルスでは朝から緊張感が高まっていた。 一方、依然としてCTUに勤めるクロエは、自宅からCTUに向かう途中、何者かに付け狙われる。ジャックの生存を知る彼女は身の危険を感じ、フランクと名を変えて潜伏生活を送るジャックに必死の救いを求める。

CTUはある人物の暗殺の同時刻に、現場向かいのビルに男が忍び込む様子が映ったセキュリティ映像を入手する。それは死んだはずのジャックの姿であった。ブキャナンは愕然としながらも、ジャックを第一容疑者として全面捜査にあたる。一方、暗殺犯に仕立て上げられたジャックは、真犯人を突き止めるため、その殺害現場へと向かう。そこには、暗殺された人物が綴った暗号が残されていた。

テロリストがオンタリオ空港を襲撃し、人質を取って立てこもった。一味はテレビ放送を開始し、米ロ両大統領が反テロリスト協定を破棄することを要求、断れば人質全員を処刑するという声明を流す。与えられた猶予は1時間半――ジャックはカーティス率いる戦術チームに空港内の様子を伝え、突入準備を手助けする。だが、その間にもテレビカメラの目前で人質の一人が処刑される……。

反テロリスト協定の調印式まで1時間を切った。ブキャナンは連絡の途絶えたジャック抜きで突入作戦に踏み切る事を決断する。ローガンは二人目の人質処刑シーンを目の当たりにし、調印延期に心が傾くが、テロには屈しない強固な姿勢を貫くことを決意する。一方人質に取られたジャックは、CTU戦術チームに嘘の情報を流すよう強要される。追い詰められたジャックは、土壇場である秘策を決行する。

人質の中に紛れていた容疑者が消えたことに気付いたジャックは、カーティスに男の行方を追うよう指示し、CTUへと連行される。手掛かりを追って空港の格納庫に到着したカーティスは、異常死したネズミ数匹の死骸を発見する。死因が軍用レベルの濃度をもった神経ガスだと判明すると、CTUはガスの出所と行方を総力をあげて捜査する。

スペンサーの告白により、カミングスのテロへの関与が露呈した。神経ガスの行方を掴むには、カミングスを糾弾するしかないと考えたジャックは、マイク・ノビックに連絡し密会を取り付ける。だが、その通話内容は全てカミングスに筒抜けであった。動揺するカミングスに、ネイサンソンは取るべき手段は一つだと告げる。一方、神経ガスは分離主義者の手によりモスクワへ運ばれるため、港へ到着していた。

ジャックの尋問により、カミングスは元CIAのネイサンソンから今回の計画へ誘われたことを自供する。だが事態を察知したネイサンソンは地下へ潜り、ガスの行方を追う手掛かりが絶たれてしまう。ジャックは全てをCTUに委ね再び姿をくらまそうとするが、ローガン大統領は事件の解決まで力を貸して欲しいと、ジャックを暫定的にCTUへ復職させる。

ジャックは、自分がテロリストの一味になりすまし、アーウィックの手下に起動装置を届ける作戦を打ち立てる。起動装置のチップに発信器を取り付け、それを追跡し、ガスを奪還しようというのだ。この危険な賭けにブキャナンはゴーサインを出すが……。一方ローガン大統領は国家の威信を守るため、カミングスの自殺をうつ病によるものだと公表し、テロに加担していた事実は伏せる決意をする。

CTUはガスの手掛かりを一切失ってしまった。全ての責任がジャックにあると責任転嫁したリンは、ジャックを逮捕しCTUへ連行するよう命令を下す。一方、テロの首謀者ビエルコに追い詰められたネイサンソンはジャックに保護を求め、その見返りとしてガスに繋がる手掛かりを渡すという駆け引きを持ちかける。そしてロシアに対するテロ行為を執拗に諦めないビエルコは、ローガン大統領を脅迫し、ある究極の選択を迫る――。

トニーの意識が回復した。しかし、トニーはミシェルの安否を知らずにいた。その頃テロリストらはガス容器の起動装置を設定し終え、アメリカに多大な被害を与えられそうな場所を次なるターゲットとして計画を推し進めていた。だが、それは単なる陽動作戦であり、真の標的は他にあった……。一方爆破を生き延びたジャックは、ヘンダーソンが自宅のPCへデータを移送している事を突き止め、彼の自宅へ単独で向かう。

CTUへ進入するためのキーカードがテロリストの手に渡った。ビエルコの次の狙いはCTUだったのだ。だがそのCTUにジャックが呼び寄せたキムが到着する。ジャックは取り押さえたヘンダーソンを尋問するためCTUへ帰還し、キムと再会するが、1年半もの間死を偽ってきた事を責められる。そしてその間にもテロリストらは着々とCTUへのガス攻撃の準備を進めていた……。一方、ガードナー副大統領はLA全域に戒厳令を敷くべきだとローガン大統領に提言する。

CTUはガスに汚染され、多数の死者を出した。ジャックらは限られた安全区域で身動きが取れずにいる。そんな中、警報が鳴り響く。ガスに酸が混合されており、安全区域の壁を腐食し始めたのだ。ガスが室内に侵入してくるまでに残された時間は最大で20分。ジャックらは辛く非情な決断を迫られる。一方CTUがこれ以上機能出来ないと判断したローガン大統領は、組織を再編し、国土安全保障省のカレン・ヘイズにCTUの指揮を執らせることを決断する。

ヘンダーソンに逃亡された一方で、CTUは新たな手掛かりを掴む。コレットという情報ブローカーとビエルコとの接点が浮上したのだ。ジャックとカーティスはこの女の滞在するホテルへ急行する。一方ローガン大統領は副大統領の提案通り、LA全域に外出禁止令を発令する。そして、アーロンはパーマー元大統領の弟ウェインから突然の電話を受け、人目につかない場所で隠密に会いたいと打診される。

コレットの証言からオードリーが陰謀に関わっている疑いが浮上した。ブキャナンは彼女の身柄を拘束し、過去18ヶ月間の行動をクロエに調査させる。ジャックはオードリーの無実を信じて疑わないが、彼女とカミングスとの意外な関係を知り驚愕する。一方、ウェインはヘンダーソンの部下に命を狙われ逃走を続ける。同じ頃ビエルコはガスを放出し逃走。ジャックたちはガスが工場から漏れ出すのを防ぐためパイプラインを爆破する。

ジャックの狙い通り神経ガスは爆発で燃え尽き、数十万人の命が救われた。だがジャックはヘンダーソンの上にいる黒幕が予想以上に強大な相手なのではないかと不安を抱き始める。一方で、ウェインはパーマー元大統領が殺害された理由が大統領夫人の側近エブリンからの情報提供によるものだと突き止める。エヴリンは黒幕の証拠を持っていると言うが、誘拐された娘の無事と引き換えでないと証拠は渡さないと言う……。

エブリンは大統領とヘンダーソンの通話記録を銀行の貸金庫に預けていた。ジャックは証拠を手に入れるためウェインと共に貸金庫へ急行する。一方ジャックの行動をなんとしても阻止したいローガン大統領は、ジャックを再びパーマー暗殺の第1容疑者と認定し、カレンに緊急逮捕命令を下す。カレンは度重なる無謀な命令に次第に疑問を抱き始める。

ローガン大統領が黒幕である動かぬ証拠を手にしたジャックは、ヘラー長官を通じて司法長官に証拠を渡すため、バンナイズ空港へ向かう。だがそこでヘラー長官が取った行動は、ジャックとオードリーの予想を覆すものであった……。一方ジャックとオードリーの行方を追うカレンは、クロエを罠に嵌め、オードリーがバンナイズ空港にいることを突き止める。だが大統領が自ら軍隊を派遣すると言い、CTUの戦術チームを呼び戻すよう指示されると、カレンは益々不信感を募らせる。

オードリーの命と引き換えに録音データがヘンダーソンの手に渡った。ジャックはCTUから逃亡したクロエの協力のもと、衛星を使ってヘンダーソンを追跡し拘束に成功する。だが、ヘラー長官を狙っているヘンダーソンの仲間から、解放しなければ長官を殺害すると脅迫される。状況を把握したヘラー長官は、究極の犠牲を払う決断をするが。

CTUでは逃亡したクロエの居所を察知、拘束チームが派遣される。大統領が陰謀へ関与していることを確信したカレンは、密かにクロエの逃亡を手助けし、ジャックを支援することを決意する。一方、録音データを追って外交用のチャーター機に乗り込んだジャックは、航空保安官を気絶させ、ヘンダーソンと接点のある搭乗者ハンス・マイヤーという男を尋問する。

機長の協力のもと、ジャックは録音データを奪還、空港へ着陸するよう手配する。だが、データが奪われたことを知ったグラハムは、VCI救難信号を偽装し、飛行機を撃墜するようローガン大統領に迫る。払うべき代償の大きさに一瞬たじろぎを見せるものの、大統領は保身のためにF-18戦闘機に撃墜の許可を出すが――。

マイルズの陰謀により、司法長官に聞かせる録音データの内容が消去されてしまった！　唯一の証拠を失い呆然とするジャックらのもとに、追い討ちをかけるようにビエルコ逃亡の知らせが入る。しかも新たなテロ攻撃を仕掛けてくる可能性があるというのだ。一方、勝利を確信したローガン大統領は、ピアースとジャックを始末するための手筈を整える……。

ビエルコはロシア潜水艦を乗っ取り、ミサイル12基を手中に収めた。空軍による迎撃がミサイル発射までに間に合わないと踏んだジャックは、艦内の唯一の生存者ルーニー軍曹に協力を求め、自らビエルコの阻止に立ち上がる。だが、ミサイルは既に発射までのカウントダウンを始めていた。

ローガン大統領とマーザの関係は？

ジャックは潔白を証明できるのか！？

黒幕の本当の目的とは！？

―――ラスト3分まで安心できない驚愕のエンディングとは