Gibbs kämpar för sitt liv ombord på ett av flottans sjukhusskepp efter att ha blivit skjuten, medan DiNozzo och Joanna Teague reser till Shanghai för att försöka stoppa Calling.

Gibbs ber teamet hjälpa narkotikapolisen Luis Mitchell (John Gabriel) med ett fall som fortsätter att bli kallt, men DiNozzo upptäcker att det finns mer bakom Gibbs personliga koppling med agenten och hans önskan att hjälpa honom lyckas. Dessutom skvallrar laget om Gibbs nya look, efter att han ersätter sin vanliga militära frisyr och polotröja med en modernt skräddarsydd skjorta.

Efter att en marinsoldat hittas mördad i Quantico bara timmar efter att ha ringt Gibbs för att diskutera ett eventuellt fall, går Bishop och McGee under täckmantel som ett gift par för att övervaka en löjtnant i marinkåren och hans fru.

Vance samarbetar med Gibbs och återvänder till fältarbetet när ett mordfall kopplas till en tidigare NCIS-agent som han spärrade in för att stjäla bevis.

När mordet på en underofficer matchar en lokal seriemördares tillvägagångssätt måste NCIS-teamet avgöra om det här är mördarens senaste offer eller en efterapares gärning. Dessutom måste McGee och Delilah lära sig att kompromissa innan de flyttar ihop.

Mordet på en pensionerad örlogskapten i flottan tvingar Ducky att avslöja sin delaktighet i ett hemligt samhälle som löser kalla fall.

DiNozzo återförenas med sin exflickvän, Jeanne Benoit, när rebeller i Sudan attackerar en grupp frivilliga läkare, inklusive hennes man. DiNozzo och McGee reser till brottsplatsen för mord- och kidnappningsfallet och går med i jakten på de försvunna läkarna.

För att rentvå sitt namn går en underofficer frivilligt upp i krigsrätten om NCIS går med på att göra en egen utredning efter att hans mordfall avvisats på grund av en felaktig husrannsakan. Dessutom diskuterar Bishop och Jake sina äktenskapliga problem.

I hopp om att bespara en familj ytterligare tragedier uppmanar marinministern NCIS att hjälpa en sjöman som kämpar med leukemi att hitta en benmärgstransplantation, efter att hans två syskon till marinsoldater dödats i tjänsten. Dessutom återvänder Bishop hem till Oklahoma för thanksgiving.

Efter att Ducky attackeras av en man som hävdar att han har information om sin halvbror som dog för årtionden sedan söker NCIS-teamet efter förövaren, medan Ducky minns de sista emotionella dagarna han hade med sitt syskon. Och med julen på väg diskuterar Bishop och Jake (Jamie Bamber) deras förhållandes framtid.

Efter att passagerarna och besättningen på ett privatflyg på väg från New Orleans till Washington DC blir dödligt förgiftade, pekar alla bevis på den försvunne kocken, Abbys bror Luca (Tyler Ritter). Gibbs och DC-teamet arbetar tillsammans med Pride och New Orleans-teamet för att hitta Luca och bestämma varför ett privat teknikföretag var måltavla, i den första delen av ett speciellt...

Medan de undersöker mordet på en sjöman som var på väg att vittna inför en åtalsjury, upptäcker NCIS-teamet återuppkomsten av ett nätverk för internationell människohandel. Dessutom hoppas McGee på att tillbringa natten hos en kollega efter att en storm orsakar massiva strömavbrott i staden.

När en djuphavsdykare mördas på arbetstid måste hans kropp och misstänkta medarbetare hållas kvar i en högteknologisk tryckkammare i fyra dagar, vilket tvingar NCIS-teamet att utföra en ovanlig utredning utanför tanken.

När marinministern Sarah Porter (Leslie Hope) får veta att hennes dotter har kidnappats, samarbetar NCIS-teamet med FBI för att följa utredningen, befästa ett motiv och föra hem henne. Dessutom är McGees barndomsvän, NCIS-agenten Valerie Page (Christina Chang), i staden för att hjälpa teamet med sin avancerade taktikutbildning.

Doktor Cyril Taft (Jon Cryer) upplever jäkten med ett NCIS-fall efter att han hamnar på kirurgisk tjänst för Gibbs misstänkte och finner viktiga bevis. Dessutom besöker DiNozzo Jeanne Benoit (Scottie Thompson) när han jagar efter en ledtråd som involverar läkare i Sudan.

NCIS-agenternas personliga planer störs när var och en av dem upptäcker fel i ett till synes klart fall. Dessutom argumenterar McGee och Delilah (Margo Harshman) över vikten av att inte diskutera arbete under middagen, medan DiNozzo tråkar ut sin dejt med jobbsnack.

NCIS-teamet granskar på nytt ett bakhåll på en grupp prickskyttar i specialstyrkorna i Irak efter att ett amerikanskt par attackeras i samma område sex månader senare. När Gibbs upptäcker att han behöver den ensamstående överlevarens, regementsförvaltaren i marinkåren Aaron Davis (Taye Diggs), historia, försöker han få kontakt med den sårade soldaten som behandlas för PTSS vid Walter Reed...

NCIS-teamet måste fastställa vem som ljuger, frun eller älskarinnan, efter att kvinnorna anklagar varandra för att mörda en officer inom flottans offentliga angelägenheter. Dessutom hjälper Anthony DiNozzo den äldre (Robert Wagner) en hemlös kvinna som tror att han är hennes pappa.

Efter att Tonys identitet stjäls av flera förövare, börjar den falska agent DiNozzo utpressa senatorer.

Gibbs och FBI-agenten T.C. Fornell (Joe Spano) går ihop efter att två brittiska fångar, inklusive en tidigare spion, flyr och kommer till USA i en container. Dessutom är McGee upptagen med att jaga lägenhet och fast bestämd på att ta reda på hur DiNozzo köpte sin överdådiga lya.

När en 14-åring förhindrar ett inbrott misstänker Gibbs att tonåringen håller viktiga detaljer hemliga. Dessutom reser direktör Vance och FBI-agent Fornell till London för det pågående fallet om den brittiska spionen som flytt.

NCIS-teamet, tillsammans med FBI och MI6, fortsätter en internationell människojakt efter en brittisk spion som har rymt och lämnat en kollega att kämpa för sitt liv på intensivvårdsavdelningen.

NCIS, FBI och MI6 fortsätter en internationell människojakt på en förrymd brittisk spion med nuvarande och tidigare agenter som måltavlor, i den trettonde säsongsavslutningen.