あれから2年――アメリカ国内では短期間でのテロ攻撃が相次ぎ、被害者数が膨れ上がっていた。頭を悩ます大統領ウェイン・パーマーは、テロの主謀者とみられるアサドの抹殺こそがテロを食い止める最善策だと考え、苦渋の決断をする。それは、20ヶ月間中国政府に監禁されていたジャック・バウアーを開放させることだった。アサドの仲間の一人ファイエドが、ジャックの命と引き換えにアサドを売ると持ちかけてきたのだ。

ファイエドの拘束から逃れたジャックは、大統領にアサド急襲作戦を中止するよう呼びかける。だが大統領はジャックを信用しない。作戦が続行されようとしているのを見て取ると、ジャックは直接アサドの潜伏先へ急行し、アサドを助け出す。攻撃直前の航空写真からジャックがアサドの救出に絡んでいることを知ったクロエは、ブキャナンと秘密裏にファイエドの行方を追う。その頃ファイエドは新たなテロ攻撃の準備を進めていた。

ジャックの情報が正しかったことを知った大統領の元に、ファイエドから電話が入る。ファイエドは停戦を約束する代わりに、1時間以内にアメリカ政府に拘束されている自由の戦士ら110人を解放することを要求する。だが彼の真の目的は他にあった。一方アサドと行動を共にするジャックは、CTUの協力のもと、ファイエドの手下の行方を追跡する。

ファイエドの真の目的はハッサン・ヌメールの釈放にあった。自由の身となったヌメールは、旧ソ連が開発した半径800メートルを壊滅状態にできる小型核兵器を起爆させるために動き出す。大統領はヌメールとファイエドの捜索を最優先とし、ジャックに指揮を執るよう直接要請する。ジャックはカーティスとアサドに協力を仰ぐが、何故かカーティスは執拗な敵対心を見せるのだった。

米国土で核爆弾が爆発した。残る核爆弾はあと4つ――ファイエドは残りの核爆弾を起爆設定できる技術者を探し始める。一方CTUは、核爆弾の出所と思われる人物、旧ソ連の将軍ディミトリ・グレデンコが、過去にジャックの父親と接触していたことを突き止める。事実を知ったジャックは自ら事情を聞きに行こうとするが、父親は昨日から行方不明となっていた……。

弟グラハムの尋問を続けるジャックは、グラハムが雇ったマッカーシーという下請け業者が核を横流ししていた事を知る。父親はグラハムの失態を隠ぺいし、自らの手でマッカーシーを捕らえるため、1時間前に武装チームを連れマッカーシーのオフィスへ乗り込んだという。ジャックはCTUに応援を要請し、マッカーシーのオフィスへと急行する。

決定的な裏切りの事実をつかんだジャックはCTUの協力の下、弟グラハムの身柄を拘束する。執拗な尋問を受けたグラハムは、自らが過去に犯した驚愕の犯行の数々を自供する。だが、どうやらマッカーシーの行方は知らないようだ。一方CTUは、マッカーシーが拉致を企む核爆弾技術者の顔写真データを入手する。データの解読に成功したCTUは、現れた人物の顔に息を呑む――。

ジャックの追跡を巧みにかわしたマッカーシーは、700万ドルの報酬に目が眩んだ女に裏切られ殺害されてしまう。マッカーシーの遺体を発見したジャックは、携帯の通話記録からファイエドの居所を突き止め、現場へと急行する。一方大統領補佐官のトムは、大統領の政策方針に反感を抱き、辞任を決意する。だが、それを知った補佐官代理のリードが不穏な動きを見せ始める……。

ファイエドが核の起爆装置を持って逃亡した。グレデンコがテロ計画に深く関与していたことを突き止めたCTUは、LAに潜伏しているらしいとの情報から捜索に総力を挙げる。CTUの動きを察知したジャックの父親は、ジャックよりも先にグレデンコを発見し、殺害しようと、極秘に動き出す。一方リードと密会したトムは、大統領を失脚させるための最終手段に手を貸すことを決断する。

グレデンコの隠れ家を知るマリリンは、ジャックの父親に息子を人質にとられてしまう。捜査に協力すれば息子を殺すと脅され仕方なくジャックを偽の住所へ連れて行くとそこで大爆発が起こる。真相を知ったジャックは自らの手で決着をつけるため、単独で父親の元へと向かうが……。一方リードとの密会を重ねるトムは、アサドの犯行に見せかけ大統領を暗殺するという計画に加担してしまう。

失脚した元大統領チャールズ・ローガンがグレデンコの行方の鍵を握っているということが分かった。探し当てた隠れ家からは何も発見出来ず手詰まり状態のCTUは、ローガンを唯一の手掛かりとし、ジャックに全ての望みを託す。ジャックは自宅軟禁されているローガンの元へ急行し、２年ぶりに因縁の再会を果たす。一方大統領暗殺を企むリードの元に暗殺者が到着する。彼らはアサドがテレビ声明をするタイミングで大統領を暗殺し、その罪をアサドに着せるため、準備を進める。

グレデンコの居所を掴んだジャックがロシア総領事館に拘束された。CTUでは新任のドイルが中心となり、ジャックを救出するための急襲作戦が練られる。一方ローガンはスワロフ大統領サイドから総領事館へ圧力をかけさせるため、大統領夫人と懇意にある元妻のマーサに協力を仰ぐ。その頃シャドーバレーではグレデンコの元に核爆弾が届き、無人飛行機への搭載準備が着々と進められていた。

シャドーバレーから核爆弾を搭載した1機の無人飛行機が発進された。衛星で飛行機の発射を捉えたCTUは、至急ウォルシュ将軍にF-16戦闘機での撃墜を要請する。だがその直後、衛星画面から無人飛行機の姿が忽然と消えた。報告を受けた副大統領は、統合参謀本部を招集し、核による中東への報復攻撃の計画を立て始める。一方CTUに戻ったジャックはマリリンの口からオードリーに関する驚愕の事実を知らされる。

副大統領は中東への核による報復攻撃を命じた。攻撃までのタイムリミットは1時間――第三次世界大戦の勃発をなんとか避けたいCTUは、グレデンコを1時間以内に捕らえようと捜査に全力を挙げる。一方ファイエドとグレデンコは新たな標的を攻撃するため、マーク・ハウザーに連絡を取る。ハウザーは油田や原発などのセキュリティー・コンサルタントを務める人物であった。この連絡を突き止めたCTUは、至急ジャックをハウザーの自宅へ向かわせる。

パーマー大統領の意識が戻った。だが彼の職務復帰を何としても阻みたい副大統は、パーマーを閣僚会議にかけ、職務遂行の適性を問う。一方ファイエドの生け捕りに成功したジャックは、恩赦を条件に捜査に協力するというグレデンコの要求を呑む。グレデンコはファイエドに電話をかけ、サンタモニカ桟橋へ来るよう指示される。ジャックはグレデンコをおとりにファイエドを捕獲しようと、このチャンスに全てをかける。

パーマー大統領の勅令により中東に向け核が発射された。標的となった国の大使は、上級司令官のハビーブ将軍がファイエドと通じ、テロに関わっていた旨を白状し、核攻撃の中止を必死で懇願する。情報を得たパーマーは攻撃を中止し、大使をホワイトハウスへ喚問する。一方頑として口を割らないファイエドの尋問に行き詰まったジャックは、打開策が必要であることを悟り、ある秘策に打って出る。

オードリーが生きていた。中国政府はオードリーの命と交換に、ロシア製核爆弾の起爆装置の回路基盤を持ってくるようジャックを脅迫する。中国政府の狙いは、回路基盤を手に入れ、ロシアの国防技術の全てを掌握する事だった。追い詰められたジャックはクロエの協力のもと、極秘に基盤を入手しようとする。一方副大統領を信用出来ないと判断したパーマー大統領は、レノックスが録音したテープをネタに副大統領に辞任を求めるが……。

倒れたパーマーの代わりに政権を握った副大統領は、ジャックの作戦を全面中止し、ジャックを拘束するようCTUへ命じる。その動きを察し、基盤を持って逃走したジャックは、CTUの追跡をかわしながらオードリーと基盤との交換場所へ急ぐ。一方司法省は、ブキャナンが２年前に今回のテロの首謀者であるファイエドを釈放していた事実を突き止める。司法省はカレンかブキャナンのいずれかをスケープゴートにし、全責任を擦り付けようとする。

基盤がチェンの手元に渡ってしまった。CTUはホワイトハウスの命令に背いたジャックを拘束し、オードリーにチェンの行方の手掛かりを聞く。だが、オードリーはチェンの拷問により精神障害を引き起こしていた。一方副大統領はロシア大統領から連絡を受け、アメリカ国内で基盤を奪還出来なければ報復措置もやむを得ないと圧力をかけられる。何者かがロシアに情報を漏らしたと踏んだ副大統領は、ホワイトハウスとCTUの内部調査を始める。

CTUはオードリーの残した言葉を手掛かりに、中国工作員の拠点と思われる銅精製会社を突き止め、急襲チームを派遣する。ジャックは自らの不始末にカタを付けるため、作戦に参加できるようナディアに懇願する。一方ロシアの報復攻撃を回避したい副大統領は、リサをおとりにし、基盤を無事奪還したという嘘の情報を流させようとする。その頃チェンは武装部隊を使って、ある場所への大規模な攻撃作戦を決行しようとしていた……。

ジャックとCTU一同は中国武装部隊の拘束を何とか逃れる。ジャックは拉致されたジョシュの後を追い、無事ジョシュを取り戻すものの、あと一歩という所でチェンを取り逃がしてしまう。そしてジョシュの口からジャックの父親がチェンと関わっていると聞き、愕然とする。一方何としてもロシアの武力行使を避けたい副大統領は、リサを使った偽装工作が上手くいくよう祈るが、リサの様子がいつもと違うことに不審を抱いた恋人は、リサを詰問し始める。

副大統領は対ロシア戦争を回避するため、フィリップ･バウアーとの取引に応じることにした。スワロフ大統領が与えた、基盤奪回までの猶予は２時間。ドイルは基盤と交換するため、ジョシュをフィリップの指定した場所へと連れて行く。だがジャックは父親がジョシュも基盤も手中に収め、中国と取引する気であると確信し、この作戦を何としても止めようとする。ジャックの考えに同調したカレンは、ブキャナンに助けを求め、拘束中のジャックの救出にあたる。

父との確執、ついに決着！ ジャックは人生を取り戻せるのか……。