Москва, 1956 год. Четыре бывших сотрудницы спецгруппы ГРУ - Ирина, Анна, Соня и Катерина - спустя 11 лет после окончания войны живут обычной жизнью. Однажды утром Анна обнаруживает в подсобке ресторана тело их бывшего сослуживца, полковника Елисеева, разработчика секретного комплекса ПВО. В убийстве подозревают Анну и исчезнувшего сторожа Михаила. Девушки решают снова стать «спецгруппой», чтобы вычислить преступника. Во время обыска в доме Анны обнаруживают черновики военных рефератов Елисеева. К подозрению в убийстве примешивается шпионаж.

Анну арестовывают. Ирина просит майора МУРа Проскурина разрешить свидание с Анной. Анна сообщает, что бывшая гражданская жена сторожа Михаила Наталья живет в Подлипках. Ирина делает поминутный расчёт утра убийства. Дома у Наташи девушки замечают изготовленную Михаилом самодельную карту голубятен, однако забрать ее им сразу не удаётся. Придя за картой повторно, девушки обнаруживают Наталью мертвой.

В ресторане находят нож, которым был убит Елисеев. На нем - отпечатки пальцев Анны и сторожа Михаила. Это подтверждает версию следствия о том, что они сообщники. Катерина приходит к вдове Елисеева Галине. Рассматривая фотографии в семейном альбоме, женщины находят письмо из Америки от брата Елисеева, которого считали погибшим во время войны. Появляется предположение, что Елисеева могли шантажировать. Ирина случайно встречает своего старого сослуживца по ГРУ Крупнова, и ее сын Миша начинает заниматься у него в радиокружке. Ирина показывает Проскурину карту Михаила. На одной из голубятен оперативники находят его тело.

Анну отпускают на свободу. К мужу Ирины Алексею в обком приходит Берестов - ещё один старый сослуживец Ирины, который числился погибшим. Ирина приглашает Берестова в гости, но Крупнов рассказывает ей, что Берестов - предатель. Алексей обнаруживает пропажу секретного расписания испытаний на объекте ПВО. Тем временем самого Берестова находят убитым...

Соня с сотрясением мозга лежит в госпитале. Проскурин понимает, что девушки не прекратят расследование, и, втайне от начальства, продолжает с ними сотрудничать. Девушки устраивают в госпитале поэтический вечер, чтобы проверить всех поэтов, которые накануне слышали Соню, и выявить Дихтера. Главный подозреваемый - поклонник Анны Летнев, но вскоре выясняется, что у него алиби. Судмедэксперт Владлена даёт Ирине информацию об убитых девушках. У одной из них в голове пуля от старого ранения военных лет. Катерина узнает, что эта девушка недавно познакомилась с каким-то поэтом.

Проскурин привлекает к расследованию своего помощника Вершинина. Катерина в военном архиве изучает материалы по немецкой тайной полиции. Необходимо найти свидетелей, которые видели Дихтера. Ирина предлагает сосредоточиться на пуле в голове Рерберг. Тайна прошлого поможет раскрыть сегодняшние убийства. Летнев рассказывает Анне, что писатель Васильев однажды вспоминал о развлечении фашистов - соревнуясь, расстреливать несколько человек одной пулей. Проскурин вызывает Васильева в МУР. При попытке сбежать, Васильев стреляет в Вершинина...

Полковник Крючков приказывает Проскурину передать дело в КГБ, но майор просит сутки для завершения расследования. Тем временем в архиве находится ещё одна свидетельница, пострадавшая от злодеяний Дихтера. Она рассказывает Анне про характерный шрам между большим и указательным пальцами на руке у палача-поэта...

Катерина в очередной раз скандалит с дочерью Лидой, и девочка убегает ночью из дома. На пустыре Лида становится свидетелем убийства. Однако вызванная Катериной милиция не находит никаких следов преступления, а Проскурин отказывается заводить дело без улик. Катерина просит Ирину, Соню и Анну вновь собраться в группу, чтобы найти убийцу и защитить Лиду, ведь преступник видел девочку и мог проследить за ней до самого дома…

Проскурин расследует убийство работницы профкома, а Вершинин выбивает себе собственное дело: хирург Григорьев получает письма с угрозами. Катерина, Ирина, Соня и Анна, оказавшись без помощи милиции, составляют план поиска тела, но ничего не находят. А Лида, взвинченная Ритой, признаётся, что выдумала историю про убийство. И когда уже девушки решают, что их поиски тщетны, Анна догадывается, где можно было надежно спрятать тело…

Благодаря догадке Анны, девушки находят тело. Значит, рассказ Лиды – правда! Проскурин открывает дело, а Катерина настаивает на том, чтобы Лида сидела дома. Полагаясь на феноменальную память Сони, Вершинин раскрывает дело о письмах с угрозами. Оказывается, Григорьев сам писал их себе. Но Григорьев уверяет, что делал это только для того, чтобы получить защиту от милиции. Оставшись без сопровождения Вершинина, Григорьев возвращается домой один…

Вершинин винит себя в убийстве Григорьева. Катерина по следам на стене понимает, что убийца был рядом с квартирой, и срочно уводит Лиду из дома. Девушкам становится ясно, что все три убийства: сотрудницы профкома, Григорьева и убийство на пустыре, – связаны между собой, и что преступник не остановится пока не найдёт последнего свидетеля – Лиду…

Анна и Нинель становятся свидетелями убийства: из окна выталкивают подругу Нинель Тамару. В это время на другом конце Москвы Проскурин получает тяжелое ранение, и Вершинин с Агариным вынуждены взять на себя все дела. В МУРе Вершинин старается мягко расспросить рыдающую Нинель, но ни она, ни Анна ничего не видели. Вечером все собираются у Ирины, чтобы поддержать девушку. Но когда приходит время идти домой, Владлена открывает дверь квартиры и обнаруживает, что там кто-то побывал…

В квартире Владлены и Нинель погром. Ирина вычисляет за чем приходил вор: Нинель случайно унесла с места гибели Тамары кольцо-печатку. Ирина идёт к Проскурину, который после ранения находится в больнице, и тот отговаривает девушек расследовать это дело самим. Однако, ни девушки, ни Нинель не прислушиваются к его советам…

По дороге из училища домой на Нинель нападают с целью отнять печатку. Но улика уже находится в МУРе. Вершинин и Агарин подозревают парня Тамары, но его тело вскоре обнаруживают в канаве. Вершинин приходит к выводу, что печатка с редким камнем, так у него появляется новый подозреваемый…

Подозреваемый Вершинина также найден убитым. Проскурин, понимая, что без него расследование не движется, досрочно выписывается из больницы. По косвенным уликам он понимает, что все убийства связаны с созданием самодельной бомбы. Проскурин собирает у себя дома Ирину, Катерину, Соню и Анну и просит их помочь найти подрывника, пока тот не устроил в Москве диверсию...