Sono passati tre anni dagli eventi del 2º Giorno. Un camioncino deposita un cadavere fuori dall’Unità Sanitaria di Los Angeles. Il corpo è infetto a causa di un virus mortale. Tony, ora in carica al CTU, viene a conoscenza del fatto che si tratta di una tattica di ricatto per riuscire ad ottenere il rilascio da parte del governo degli Stati Uniti di un signore della droga, Ramon Salazar, che Jack ha appena arrestato, prima che il fratello di Salazar diffonda il virus a Los Angeles. Jack e il suo nuovo partner, Chase Edmund, si preparano a firmare un accordo con Salazar in prigione. Salazar da un messaggio di avvertimento a Jack prima di uccidere il suo avvocato. Palmer è vivo e sta bene, ed è appena tornato a Los Angeles per la prima volta dopo l’attacco avvenuto tre anni prima. Sta partecipando alla campagna per la sua rielezione e si deve preparare per un dibattito importante con un senatore rivale. È accompagnato da suo fratello, che è anche il capo del suo staff, e il suo dottore, che è anche la sua fidanzata. Un giovane, Kyle Singer, viene visto esaminare una grande, misteriosa borsa contenente polvere bianca. Ha pianificato di portarla ad alcuni spacciatori più tardi in giornata, ma è stato osservato dagli uomini di Salazar. Kim adesso lavora al CTU e sta frequentando Chase da tre mesi. Kim vuole dirlo al padre, ma Jack è affetto da un misterioso problema di salute che potrebbe rendere le cose ancora più complicate.

Jack e Chase litigano a causa della relazione di Chase con Kim. Nel frattempo, trovano un indizio su dove si possa trovare il virus dopo aver fatto irruzione in una crackhouse. Linda rompe con Kyle quando scopre che sta progettando di fare una consegna di droga. Wayne si avvicina a Palmer con delle informazioni sulla sua fidanzata che potrebbero danneggiare le sue possibilità di essere rieletto, mentre un impiegato del CTU non è quello che sembra.

Sia Jack che Hector cercano Kyle, mentre Chase si scopre estromesso dalle missioni del CTU. Wayne e Palmer discutono a proposito delle implicazioni causate dal passato di Anne, mentre Ramon elimina uno dei suoi avversari con una mossa a sorpresa. Tony conduce un'operazione per prendere Kyle, ma scoppia la tragedia quando l’uomo di Salazar arriva per primo.

Michelle è combattuta a causa di obbligazioni personali e professionali quando deve prendere il comando del CTU dopo che Tony è stato ferito. Kyle e Linda sono catturati dagli uomini di Hector. Jack e Palmer hanno una conversazione segreta, che porta Jack a prendere una decisione drastica di fronte alla minaccia di Salazar. Ma i piani di Jack si complicano quando arriva Chase. Anne spinge Palmer nuovamente sul piano morale di fronte allo schema del ricatto organizzato dal suo ex-marito.

Gli sforzi di Jack di far evadere Ramon falliscono quando vengono catturati da un gruppo di carcerati durante la lotta. Chloe senza volerlo scopre per caso il problema di Jack con la droga e è obbligata a rivelare il suo segreto a Kim e Michelle. Palmer inizia il suo dibattito con Keeler, mentre Kyle si prepara a sacrificarsi pur di salvare Linda.

Jack e Ramon combattono per evitare le autorità, mentre Palmer deve annullare il dibattito a causa dell’evasione dalla prigione. Kim scopre per caso le comunicazioni segrete di Gael, ma non è in grado di avvertire Michelle in tempo. La famiglia Singer viene a conoscenza di una sorprendente notizia sulla salute di Kyle.

Ramon tiene Jack come ostaggio mentre vola verso il Messico. Ramon progetta di uccidere Jack, ma Jack riesce a tenerlo a bada fino all’atterraggio dell’aereo. Ramon scopre che Jack e Hector stanno collaborando tra loro per farlo evadere di prigione. Gael è catturato mentre sta cercando di scappare dal CTU. Chappelle interroga Gael ma Tony li interrompe e sostiene che Gael è una parte di un piano più grande. Anne ha una possibilità di ripulire la reputazione di Palmer, mentre Chase va in Messico per recuperare Jack.

Palmer e Chappelle vedono un messaggio da parte di Jack che spiega il suo lavoro di copertura con i Salazar. Nel frattempo, Hector cerca di convincere Ramon che dovrebbero trattare con Bauer in modo tale da entrare in possesso del virus. Jack ha un momento da solo con Claudia e lei gli rinfaccia di essersela lasciata alle spalle quando ha arrestato Ramon. Chase arriva in Messico, ma è catturato dagli uomini di Hector. Ramon escogita un modo affinché Jack dimostri la sua lealtà nei loro confronti. Anne riesce a ripulire il buon nome di Palmer, ma interrompe la sua relazione con lui.

Palmer riabilita il nome di Anne con la stampa, ma scopre di avere un nuovo problema quando il maggior sostenitore alla sua campagna rivela un incredibile segreto su Wayne. Kim e Michelle si preoccupano delle capacità mentali di Tony quando continua a fare errori. Jack e i Salazar si incontrano con Amador, ma l’accordo fallisce quando Nina Myers appare e compete per il virus.

Claudia riesce a liberare Chase dai suoi rapitori, ma paga un prezzo molto alto per i suoi sforzi. Wayne va da Julia, mentre Palmer chiama Sherry per essere aiutato contro Milliken. Jack e Ramon elaborano dei piani per prendere Nina, sperando di intercettare il virus. Il lavoro di Chloe al CTU è in crisi quando è obbligata a prendersi cura del suo bambino.

Jack obbliga Nina a lavorare con lui per ottenere il virus da Amador. Palmer si incontra con Sherry e la convince ad aiutarlo con la questione Milliken. Chase rimane in Messico per aiutare a prendere il virus. Ramon e Hector litigano quando Hector vuole uscire dall’accordo.

Le cose finalmente arrivano ad un punto esplosivo quando Jack, Ramon, Nina e Chase sono tutti vicini al virus. Ma l’accordo prende una piega inaspettata quando Amador spinge ad una svolta. Kim diventa sospettosa nei confronti di Chloe quando la sua storia nei confronti del bambino non sembra essere a posto. Sherry trova un testimone che può danneggiare Milliken, ma il suo vantaggio ha vita breve.

Jack e Chase interrogano Nina, ma il verme si tira indietro quando causa la distruzione dei sistemi dei computer del CTU. Chappelle mette Chloe sotto sorveglianza quando si rifiuta di rispondere alle domande sul suo bambino, ma è obbligato a rilasciarla quando lei è l’unica che può sistemare la crisi. Sherry porta la sua battaglia direttamente contro Alan, obbligando Julia a recitare come sua complice.

Tony interroga Nina per sapere dove si trova Alver, mentre Chappelle ordina a Jack di sottoporsi a un esame medico in seguito al suo uso di droga. Kim e Chase parlano del bambino. Palmer si confronta con Sherry sulla morte di Alan Milliken, mentre Julia implora Wayne di aiutarla.

Chappelle minaccia Jack di metterlo sotto inchiesta per l’uccisione di un testimone oculare, ma Jack lo persuade di non farlo fino a quando non trovano una nuova traccia per capire dove si trova Amador. Amador e Alver si incontrano con l’uomo che sta progettando di rilasciare il virus a Los Angeles entro un’ora. Michelle e Gael individuano l’area dell’obiettivo, ma le cose vanno in fumo quando cercano di catturare Alver mentre sta rilasciando il virus. Wayne informa Sherry delle conseguenze della morte di Milliken mentre la polizia è sulle tracce di Julia.

Jack e Chase controllano Amador con la speranza che li conduca all’uomo alla base dell’attacco con il virus. Michelle si trova di fronte ad una rivolta della gente quando l’hotel è posto in quarantena. Sherry esorta Palmer, obbligandolo a creare un alibi per lei con la polizia.

Saunders inizia a fare richieste al Presidente. Obbliga Palmer a tenere una strana conferenza stampa e poi ordina la morte dell’agente del CTU che lo può seguire. Jack scopre una donna che lo può portare a Saunder, ma un attacco a sorpresa sposta l’equilibrio del potere. Mente i sintomi di Gael peggiorano, Michelle scopre un modo per alleviare la sofferenza delle vittime nell’hotel.

Jack e Chase combattono contro il tempo per catturare Saunders prima della scadenza, mentre Chappelle progetta una via di fuga. Michelle inizia una ricerca frenetica quando scopre che un ospite dell’hotel che è stato infettato può esserle scappato sotto il suo controllo.

Jack lavora con Kim, nonostante sia contrario, su un lavoro di copertura che li possa aiutare a guadagnare terreno su Saunders. Palmer informa il suo Consiglio dei Ministri della crisi, mentre Saunders avanza un’ulteriore richiesta. Chase rintraccia l’uomo che ha lasciato l’hotel e scopre che il virus si sta diffondendo alla gente comune.

Jack cerca di usare la figlia di Saunder come ascendente per prendere il controllo del virus, mentre Palmer deve occuparsi dei giornalisti disorientati. Michelle ottiene il risultato del suo tentativo, mentre Adam scopre che il virus ha colpito troppo vicino a casa. Tony si ritrova compromesso quando Saunders utilizza la sua unica debolezza.

Tony si impegna per liberare Jane dal CTU prima che Saunders possa fare del male a Michelle, ma Chloe e Jack diventano sospettosi sulle sue attività. Sherry si incontra con il politico rivale di Palmer e propone un accordo per ricattarlo.

Jack e Tony si scontrano mentre il tempo per lo scambio degli ostaggi si avvicina. Keeler incontra Palmer e chiede le sue dimissioni, mentre Wayne inizia un’operazione segreta contro Sherry.

Jack spinge la busta come tentativo di obbligare Saunders a rivelare il luogo in cui si trovano le fiale mancanti. Sherry incontra David per discutere le sue condizioni, mentre Wayne entra in casa sua per trovare le prove che la incrimino. Tony si ritrova ad affrontare una pena severa a causa dei suoi sforzi per salvare Michelle.

Jack e Chase devono fare un grosso sacrificio quando si trovano a gestire il virus. Tony aiuta Jack un’ultima volta prima di essere preso in custodia, mentre una vittima arrabbiata cerca vendetta su Saunders. Palmer prende una sorprendente scelta riguardante la sua carriera sulla scia della morte di Sherry.