Détenue et torturée par la CIA depuis trois mois, Jane Doe parvient à s'échapper. A la tête d'une unité spéciale de la NSA, Nas Kamal requiert l'aide de Weller et de son équipe en leur révélant qu'elle enquête depuis quelques années sur un groupe à l'origine de plusieurs attaques terroristes. Et que Jane avait été envoyée par ce groupe comme un cheval de Troie au sein du FBI. Persuadée que la jeune femme amnésique allait se retourner contre ceux qui l'avait envoyée en mission, Kamal estime que Fuller et sa bande sont les mieux placés pour convaincre la fugitive de les aider à coincer ses employeurs. Mais la confiance pourrat-elle être rétablie après tant de mensonges et de trahisons ?

Jane évoque un souvenir où elle est la seule survivante d’une opération commando menée en Afghanistan. Elle explique que Shepherd, sa mère adoptive, et Roman, son frère, à la tête de Sandstorm, l’ont mise sur la piste de l’un de ses tatouages, représentant des piliers architecturaux dont les espaces évoquent des balles de 40 mm. Elles sont semblables à celles utilisées lors d’un massacre qui a eu lieu à Mexico, à l’aide d’armes mises en circulation par les stups eux-mêmes dans le cadre de l’opération "armes baladeuses".

Après avoir été droguée par Roman, Jane se réveille au Q.G. de Sandstorm. Interrogée par Shepherd, elle lui raconte, comme le lui a conseillé Naz, qu'elle a échappé à Cade qui la retenait prisonnière et la torturait. Mais sa mère adoptive lui apprend que, selon un de ses informateurs, Cade aurait cherché à gagner le Venezuela à l'époque où Jane prétend l'avoir eu pour geôlier. Pour prouver sa loyauté au groupe, la jeune femme est chargée de tuer Jeffrey Kantor, un ingénieur qui devait lui fournir une puce électronique indispensable à la "phase deux" que prépare Sandstorm.

Pour raviver la colère de Jane contre l'Etat, Roman la conduit au bord du lac Aurora qu'une usine a pollué, sans que les autorités aient fait quoi que ce soit. La famille de Shepherd a été victime de cette pollution à l'origine de sa rage et de son envie de lutter contre la corruption. Un tatouage de Jane fait remonter l'équipe vers un informaticien véreux de la sécurité nationale qui vend des jeux vidéos se déroulant dans des bâtiments hautement sécurisés afin d'y prévoir des effractions. Patterson comprend que la prochaine intervention aura lieu dans un musée, au cours d'une collecte de dons. Deux personnes y sont trouvées assassinées et la suspecte est identifiée, mais elle parvient à fuir.

Jane demande à Shepherd qui est la femme médecin qui a pris soin d’elle après l’attaque d’Orion. Shepherd lui apprend qu’elle a été évacuée à bord d’un bateau. Jane dessine une bague ayant appartenu à cette femme et le remet à Patterson pour que celle-ci en détermine l’origine. Tasha suggère de décrytper l’image du trou noir qui figure sur la clé USB de Mayfair grâce à la théorie de l’écoulement laminaire proposée par Shadowcat. Naz accepte, mais défend à Tasha de recourir à l’avenir aux services d’un prévenu. Patterson décode l’image et identifie Douglas Winter. Naz en conclut que Mayfair et lui travaillaient ensemble. Patterson décode un tatouage de Jane : une combinaison à base de jeu d’échec indique l’heure et le lieu d’un rassemblement pour la réforme de l’immigration. De nombreux politiques y assisteront, dont le sénateur Quinn Donahue. Lors de son discours, ce dernier est blessé par un tireur qui a dissimulé son arme dans une fausse caméra de presse.

Au domicile de Jones, Zapata trouve Reade devant le cadavre de l'entraîneur. Jugeant les circonstances accablantes pour son ami, elle le dissuade d'appeler la police. Lorsqu'une enquête pour meurtre est ouverte, elle retourne sur la scène de crime au nom du FBI et récupère la vidéo que Reade avait laissée dans le magnétoscope. Mais le rapport d'autopsie indique que la victime s'est étouffée dans son sang après avoir été poignardée, ce qui l'amène à douter de la version de Reade qui, de son côté, clame son innocence. Jane accompagne Roman chez Bradley Dynamics pour voler la puce que devait leur procurer Kantor. Alors qu'elle tente de télécharger les informations qu'elle contient, elle s'interrompt pour secourir son frère.

Rich.com pirate les réseaux du FBI et menace d'effacer toute la mémoire des serveurs si Weller ne donne pas l'ordre de bombarder un lieu précis. L'équipe localise très vite l'informaticien et découvre que ce piratage n'était qu'un prétexte pour se faire arrêter délibérément par le FBI. En effet, Rich dit être poursuivi par un dangereux assassin et se sent plus en sécurité avec eux. Il sait que l'assassin en question, le redoutable Akkadien, viendra au FBI pour le tuer, mais il espère que le FBI l'en empêchera.

Jane et Weller se sont fait engager par un certain Emile pour un braquage via le forum du site des chenils d’Ashwell Creek. Ils font équipe avec Lynn Burton, une jeune hackeuse du dark web, et Clive Doyle, un petit criminel. Le braquage est commandité par Nico Marconi, un trafiquant d’armes insaisissable, qui tient absolument à récupérer un mystérieux objet au cours d’une conférence internationale sur l’environnement entre les Etats-Unis et la Chine. Mais Jane et Weller disparaissent au cours de l’opération. Leur but secret était de maintenir leur couverture pour pouvoir atteindre Marconi. Weitz est chargé de superviser l’enquête. Il interroge Lynn, terrorisée à l’idée d’être complice de la disparition de deux agents fédéraux, tandis que Nas se charge d’interroger Clive, qui lui dépeint l’opération en exagérant le rôle héroïque qu’il y a tenu.

Roman emmène Jane à la base de Sandstorm. Elle découvre des plans, une facture d'achat d'explosifs et des schémas d'installations électriques dont elle envoie les photos à Patterson. L'équipe en déduit que l'organisation souhaite faire sauter le réseau, utiliser la puce volée chez Bradley Dynamics pour neutraliser les systèmes de sécurité et provoquer une réaction en chaîne qui coupera l'électricité dans l'ensemble du pays. Ils décident de récupérer Jane et d'arrêter Shepherd et Roman avant qu'ils passent à l'acte. Mais Weller reçoit un appel de Connor, le compagnon d'Allison, qui l'informe qu'elle a eu un grave accident de voiture. Il se rend à l'hôpital où il découvre que c'était un leurre pour l'éloigner de son équipe.

Roman, dont la mémoire a été effacée par sa sœur, n'a pas confiance en Jane et refuse de la suivre. Il s'échappe, mais Zapata parvient à retrouver sa trace. Sandstorm localise aussi Roman. Les deux camps vont le chercher et au dernier moment, Roman préfère rejoindre sa sœur et tue l'envoyé de Shepherd. Roman est conduit au FBI où Weller veut lui faire avouer des informations sur l'organisation terroriste et essentiellement sur l'emplacement où Patterson serait détenue par Borden, que Jane dit être en fait une taupe de Sandstorm. Shepherd retient Patterson prisonnière et la torture pour qu'elle lui apprenne ce que le FBI sait sur la Phase deux. Patterson essaie de faire prendre conscience à Borden qu'il a choisi le mauvais camp, mais le médecin lui explique pourquoi il a fait ce choix : son épouse était médecin humanitaire et elle est morte lors d'un bombardement américain en Afghanistan. Il n'a jamais pardonné à l'Etat et cherche à se venger.

Jane tente d’aider Roman à retrouver ses souvenirs en lui rendant visite dans sa cellule du FBI. Elle essaie de persuader Weller de lui trouver un appartement pour se remettre, mais Weller lui rappelle que son frère a tué des dizaines d’agents. Nas propose que le docteur Sun, une profileuse avec qui elle a travaillé, s’occupe de Roman.

En observant Roman manipuler des morceaux de sucre dans sa cellule, Patterson découvre qu'il joue au mancala et elle résout l'énigme du tatouage du léopard. Des images de surveillance de l'Agence de lutte contre le trafic d'armes à feu montrent Roman en compagnie de Kat, une jeune femme proche du gang des Viper Kings. Grâce au docteur Sun, Roman se souvient d'avoir réalisé une vente d'armes pour Sandstorm. Nas accepte de le renvoyer sur le terrain avec Jane pour prendre contact avec le gang de bikers, par l'intermédiaire de Kat. Mais il sort de son rôle et propose de rencontrer Abel, leur chef, et de leur fournir des explosifs qui intéressent Shepherd, afin de la piéger.

En enquêtant sur son passé à l'école militaire, Kurt se souvient d'avoir rencontré Shepherd une fois, alors qu'il était élève-officier. En interrogeant un ancien formateur de l'armée aujourd'hui à la retraite, il apprend que Shepherd s'est opposée à ce que Weller quitte l'agence de New York alors qu'il aurait dû être promu et muté à Washington. Shepherd suit Weller depuis longtemps et c'est elle qui a payé ses frais de scolarité, alors qu'il avait toujours cru avoir bénéficié d'une bourse.

Flash-back sur une intrusion de Rich Pointcom, Zach Riley et Boston Arbliss sur le campus de leur université pour effectuer un piratage informatique qui se solde par leur arrestation. Un tatouage révèle une mystérieuse formule qui met l’équipe sur les traces d’une société secrète d’anciens étudiants dont Rich Pointcom fait partie, ainsi que Boston. Convoqué, celui-ci semble converti à une ribambelle de religions. Mais il annonce que la formule en question est anonciatrice du déclenchement imminent d’une guerre.

Patterson découvre qu'un des tatouages de Jane représente une ancienne pièce de monnaie, dont le motif est la carte de visite d'un mystérieux coursier du dark web qui se fait appeler Lelantos. Le bruit court qu'il serait sur le point de préparer une importante livraison à New York. Deux autres tatouages semblent liés au premier et leur analyse indique la piste d'un certain Mark Gelman, emprisonné pour homicide involontaire, et d'un centre de remise en forme, dirigé par un célèbre médecin.

Nas survit à l'agression subie quand elle est allée récupérer une clé USB à un lieu fixé par son mystérieux contact de Sandstorm. Celui-ci lui demande une somme d'argent et l'équipe de Weller parvient à démasquer cet informateur qui se révèle être Cade. Ce dernier apprend à l'équipe que Shepherd l'a séduit alors qu'il voulait se venger de son pays, mais qu'elle n'a apporté aucune solution et ne pense qu'à elle, ce qui l'a conduit à contacter le FBI pour se retourner contre elle.

Jane et Oliver se réveillent, enfermés dans un chalet. Leurs kidnappeurs leur demandent d’enregistrer un message vidéo dans lequel Oliver doit supplier son père, Magnus Steele, de rembourser les 200 millions qu’il a volé à ses clients en montant avec un banquier du nom de Canfield une chaîne de Ponzi destinée à les ruiner. Mais les ravisseurs détiennent également les enfants de l’associée et ex-complice de Magnus Steele, Edith Kananack, et publient une vidéo similaire qui met les deux parents en concurrence sur le paiement de la rançon. Leur chef, Herman, explique à Jane et Oliver que sa fille, jeune entrepreneuse, s’est suicidée de désespoir suite à la faillite de sa jeune entreprise, ruinée par Magnus Steele et son complice. Il demande réparation de son préjudice en obligeant les deux complices à rembourser les 200 millions qu’ils ont volé.

Amber, une jeune fille vivant dans une famille d'accueil avec d'autres enfants, présente des troubles du comportement de plus en plus fréquents, jusqu'au jour où elle se défenestre au cours d'une crise. Eli, un adolescent qui lui était très attaché, prend la fuite. Patterson découvre sur un tatouage de Jane un numéro d'immatriculation d'association à but non lucratif qui est liée à la fondation caritative finançant le foyer d'accueil. Elle trouve également des messages d'Amber, laissant entendre qu'elle se sentait menacée. L'équipe parvient à retrouver Eli. Celui-ci les met sur la piste d'un certain docteur S et leur apprend que les enfants étaient contraints de prendre un mystérieux médicament qui leur donnait une sensation de désorientation. L'analyse des composants révèle qu'il s'agit d'un mélange d'antidépresseurs et d'une substance inconnue, jamais mise sur le marché. L'équipe comprend que les enfants sont utilisés comme cobayes.

Sous-couverture, Jane et Weller mènent une chasse aux trésors de haut vol, organisée par des hackers particulièrement puissants. Shepherd part en Thaïlande pour se procurer une arme dangereuse.

Zapata est envoyée en prison. L'équipe va devoir tout risquer pour l'aider à sortir de là.

L'équipe parvient finalement à faire basculer un membre de Sandstorm, qui les conduit à une énorme brèche, révélant la Phase 2.

Alors que le FBI doit se remettre d'une tragédie, Weller se retrouve au coeur d'un événement pour le moins surprenant. Jane, quant à elle, doit faire face à un avenir incertain.