All'inizio di questa stagione Ari Haswari viene ucciso da Ziva David, agente del Mossad e sua sorellastra che in seguito entra nella squadra come agente di collegamento. Nel frattempo la direzione dell'agenzia viene affidata a Jennifer Shepard, un tempo collega e amante di Gibbs, con cui si troverà spesso in disaccordo. In questa stagione Gibbs viene coinvolto in un'esplosione in cui un agente sotto copertura perde la vita, mentre lui cade in coma. Al suo risveglio ha dimenticato gli avvenimenti degli ultimi 15 anni ma in suo soccorso sopraggiunge Mike Franks, il suo mentore. Al termine della stagione viene rivelata una verità che nessuno conosceva: Gibbs aveva una moglie e una figlia assassinate anni prima in quanto la donna doveva testimoniare in un importante processo. Dopo questo trauma Gibbs si dimette e affida il team a Tony, e raggiunge Mike in Messico.

Gibbs et tout le service doivent faire face à la mort de l'agent Caitlin Todd, surnommée Kate. L'attaque terroriste de Ari Haswari a complètement désorganisé la cellule d'enquête. Ziva David, une espionne israélienne, vient prêter main-forte à l'équipe. Au sommet de la hiérarchie, Tom Morrow est remplacé par Jenny Shepard. Or, Gibbs et elle ont eu autrefois une liaison.

Säsong 3 av NCIS inleddes med att Gibbs och hans team säker hämnd på terroristen som dödade deras kollega Kate Todd. Och när det väl är över får de en ny medarbetare i form av den israeliska agenten Ziva.Dacid från Mossad