หลังทำภารกิจขัดขวางการขนส่งอาวุธเคมีให้ผู้ก่อการร้ายได้สำเร็จ สายลับหน่วย IMF อีธาน ฮันต์ (ทอม ครูซ) ได้พูดถึงองค์กรลับชื่อ “ซินดิเคต” (Syndicate) แต่ฝ่าย CIA ไม่เชื่อว่ามีอยู่จริง จากนั้นไม่นาน ฮันต์ก็ถูกกลุ่มซินดิเคตจับตัวไป เขาหลบหนีออกมาได้ด้วยความช่วยเหลือจากอิลซา เฟาสต์ (รีเบกกา เฟอร์กูสัน) สายลับสาวผู้ลึกลับ ในเวลาเดียวกัน ผู้อำนวยการหน่วย CIA อลัน ฮันลีย์ (อเล็ก บอลด์วิน) ได้เสนอต่อคณะกรรมการสภาสหรัฐฯ ว่า IMF เป็นหน่วยที่มักใช้อำนาจเกินขอบเขตและควรถูกยุบ เนื่องจากตำแหน่งรัฐมนตรี IMF ว่างลงจึงไม่มีผู้แก้ต่าง ทำให้หน่วย IMF ถูกยุบในที่สุด วิลเลียม แบรนต์ (เจเรมี เรนเนอร์) ผู้อำนวยการฝ่ายปฏิบัติการภาคสนามของ IMF เตือนฮันต์ให้รีบซ่อนตัว ส่วนฮันต์ต้องสืบหาชายผมสีบลอนด์สวมแว่นคนหนึ่งที่เขาเห็นก่อนถูกจับไป ซึ่งต่อมาฮันต์พบว่าชายคนนั้นชื่อ โซโลมอน เลน (ฌอน แฮร์ริส) เป็นอดีตสายลับ MI6
หกเดือนต่อมา ฮันต์ซึ่งยังสืบหากลุ่มซินดิเคตไม่พบได้ติดต่อเบนจี ดันน์ (ไซมอน เพกก์) อดีตสายลับภาคสนาม โดยทำทีว่าให้ดันน์มาชม ตูรันโด ที่ออสเตรีย ซึ่งมีรัฐมนตรีกระทรวงต่างประเทศออสเตรียมาร่วมชมด้วย ถึงแม้ฮันต์และดันน์จะหยุดยั้งการลอบสังหารรัฐมนตรีได้สำเร็จ แต่กลุ่มซินดิเคตซ้อนแผนด้วยการระเบิดรถของรัฐมนตรี ฮันต์ถูกกล่าวหาว่าเป็นผู้ลงมือฆ่ารัฐมนตรีและถูกหน่วยปฏิบัติการพิเศษของ CIA ไล่ล่า แบรนต์จึงติดต่อลูเทอร์ สติกเคล (วิง เรมส์) อดีตสายลับมือดีให้เร่งหาตัวฮันต์ พวกเขาพบว่าฮันต์และดันน์เดินทางไปพบเฟาสต์ที่โมร็อกโก เพื่อเข้าไปขโมยข้อมูลสำคัญของกลุ่มซินดิเคตในอาคารความปลอดภัยสูงใต้โรงไฟฟ้า แต่เมื่อนำข้อมูลออกมาได้แล้ว เฟาสต์กลับหลบหนีไปพร้อมกับข้อมูลในยูเอสบีแฟลชไดรฟ์ ซึ่งดันน์ได้ทำสำเนาข้อมูลไว้
เฟาสต์กลับไปที่อังกฤษเพื่อส่งมอบข้อมูลให้แอตต์ลี (ไซมอน แมคเบอร์นีย์) ผู้ดูแลภารกิจ แต่แอตต์ลีกลับลบข้อมูลในไดรฟ์แล้วบังคับให้เธอกลับไปหาเลน เฟาสต์และเลนพบว่าไฟล์ข้อมูลดังกล่าวต้องมีรหัสจากนายกรัฐมนตรีสหราชอาณาจักร (ทอม ฮอลแลนเดอร์) เลนจึงส่งเฟาสต์ไปหาฮันต์ ในขณะเดียวกันก็ส่งคนไปลักพาตัวดันน์เพื่อบีบบังคับให้ฮันต์เปิดไฟล์ดังกล่าวให้ ฮันต์ตกลงทำตาม แต่แบรนต์บอกกับฮันลีย์และแอตต์ลีให้ทำการอารักขานายกรัฐมนตรีไว้ จนกระทั่งแอตต์ลีตัวจริงเดินทางมา จึงเปิดเผยว่าแบรนต์รู้กับฮันต์และให้ฮันต์ปลอมเป็นแอตต์ลีคนที่อยู่กับนายกรัฐมนตรี พวกเขาพบว่าซินดิเคตเป็นโครงการลับที่แอตต์ลีจัดตั้งขึ้นโดยพลการ มีเลนเป็นหัวหน้า ส่วนสติกเคลพบว่าไฟล์ดังกล่าวเป็นข้อมูลที่เข้าถึงเงินทุนจำนวนมาก
ฮันต์จดจำข้อมูลทั้งหมดและทำลายไฟล์ทิ้ง เขาเดินทางไปพบดันน์และเฟาสต์ แล้วบีบให้เลนปล่อยตัวทั้งสองคนเพื่อแลกกับข้อมูลทั้งหมด หลังการหลบหนีและไล่ล่าไปตามถนนในกรุงลอนดอน เฟาสต์ฆ่าวินเทอร์ (เยนส์ ฮูลเตน) ลูกน้องมือขวาของเลนในการดวลมีด ส่วนฮันต์ล่อเลนไปติดกับแล้วรมด้วยแก๊สจนหมดสติ ก่อนจะส่งตัวไปคุมขัง
หลังเรื่องทั้งหมดยุติ ฮันลีย์ได้เสนอให้มีการเปิดหน่วย IMF อีกครั้ง โดยอ้างว่าการยุบหน่วยในคราวก่อนเป็นแผนช่วยฮันต์ คณะกรรมการสภาสหรัฐฯ มีมติเห็นชอบทั้งที่ยังแคลงใจกับเจตนาของฮันลีย์ หลังออกจากที่ประชุม แบรนต์แสดงความยินดีกับฮันลีย์ในฐานะรัฐมนตรี IMF คนใหม่