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。