アメリカ初の女性大統領が誕生したばかりのワシントンD.C.。子供たちを救うためアメリカに強制送還させられたジャックは、CTU時代の行き過ぎた捜査について公聴会で厳しい追及を受けていた。その最中、FBIの女性捜査官ルネ・ウォーカーが現れ、ジャックはインフラ防護システムの設計者であるマイケル・レイサム誘拐事件の捜査協力を要請される。

トニーたち一味は管制センターを制御不能にし、管制員を装いJFK空港着の民間機2機を誘導。センターから連絡を受けたFBIは、前例のない事態に対処法が見つけられずにいた。敵に行動を知られたジャックは、FBI内部に内通者がいるはずだとルネに話すが、彼女はジャックの話に耳を貸さず、ジャックを車に閉じこめる。

FBIではトニーへの尋問の準備が進み、ジャックは自分ならトニーから話を聞き出せる、とモス支局長を説き伏せる。だが、真相をなかなか言わないトニーに激高し首を締めあげると、トニーは小声で“ディープスカイ”とささやく。トニーを殺しかけたと見なされ別室に連れ出されたジャックは、ある所へ電話をする。電話の相手はCTU時代の上司であるビル・ブキャナンだった!?

FBIでは、逃走したジャックたちを必死に追跡。一方、ジャックはクロエの待つ隠れ家に到着。ブキャナンとトニーはジャックに経緯を話し、ジュマに加担する政府内の陰謀を暴くには、国内でデュバクを捕らえることが重要だと説明する。そして疑われないようトニーを再び潜入捜査に戻すには、自分の助けが必要不可欠だとジャックは悟る。

FBIからテロリストによる公邸襲撃の緊急連絡を受けたマトボ夫妻は、ジャックたちの襲撃直前に核シェルターに避難。ジャックたちはシェルターをこじ開けようとするが、中からしかドアは開かない。しかも、背後にはFBIが迫っている。脅しの効かないマトボ首相に、ジャックはアンモニアガスを使ってあぶり出そうと試みる。

ジャックが巧く弾を外したもののエマーソンの指示で埋められたルネは、間一髪でブキャナンとクロエに救出、蘇生される。飛行場に到着するとトニーの裏切りに気づいていたエマーソンは、ジャックに銃口を突きつける。トニーは仕方なく兄弟のように慕うエマーソンを撃ち、ジャックを救出。ジャックはマトボ夫妻に真相を告げ、デュバクを捕らえるためにこのまま人質として彼の元へ行ってほしいと頼む。

FBIでは、ジャニスがデュバクの攻撃について検証し侵入のコード・パターンを発見。それを頼りに次の標的を分析途中、オハイオ州キドロン郊外の化学工場に異変があることに気づく。工場長に連絡すると、毒性の強い濃縮殺虫剤のメインタンクを閉じることができず圧力が上昇、このままでは大気中に流出すると言われる。猶予は15分以内。流出すると人口3万人のうちの半数以上が死亡することになる。

大統領は会見を行い、テロには決して屈しない、先ほどサンガラ解放作戦を開始したと表明。その後、無事テロリストたちの手から生還したマトボたちと面会。大統領はジャックから政府内部の者がジュマ政権と組み、外交政策を妨害していると聞かされる。半信半疑の大統領だったが、そこにデュバクから「ヘンリーを拉致した。夫を死なせたくなければ即サンガラから撤退し、4時までにマトボを引き渡せ」と連絡が入る。

食料品店への襲撃は成功したものの、ヘンリーは胸に被弾し重症を負う。さらに、デュバクも現場には既にいなかった。ジャックはデュバクが国外に出る気でいると察し、手がかりを探す。ジャックから報告を受けた大統領は、即座に病院へ向かおうとするが、外では守りきれないと補佐官に止められ、ブキャナンが護衛を申し出る。

デュバクの手先はジャニスではなくショーンだった。ショーンの同僚で愛人のエリカも手を貸していた。モスが警察の誤解を解き、釈放されたジャックとルネは、車を爆走させデュバク一味の車に乗り換えたマリカを必死で追跡する。すると車内のマリカが運転手に妨害を加え、車はクラッシュ。ジャックは意識を失ったデュバクを救出し拘束。ルネはジャックの指示を無視し、火のあがる車内からマリカを助け出そうとする。

病院に移送されていたデュバクの容体が急変し、息を引き取る。その頃、サンガラでは米軍圧勝の戦況の中、ジュマ将軍の声明が世界放映される。ジュマは米軍介入前に本国から姿をくらましていた。一方、FBIではファイルにあったリストの名前をクロエが割り出し中で、一斉検挙に向け士気を高めていた。そんな中、クロエにジャックから電話が入り、「リストにあるメイヤー議員の秘書バーネットの名を消去してくれ」と言われる。

テロの標的は官邸だった。携帯電話を水でダメにしてしまったルネは何とかFBIにこの事実を知らせようとするが、敵の1人に見つかり追われる身。その頃、ジュマたちは官邸へ通じる水路を通って建物の地下に潜入していた。拘留されたジャックは、ブキャナンに「自分に代わってバーネットを再尋問し何が何でも標的を吐かせてくれ」と頼むが、ブキャナンは自分には無理だ、とすまなそうに断る。

ジャックと大統領は止むに止まれずドアを開け投降、人質に加わる。だが、その直前、ジャックは避難室にあったメタンガスのバルブを開けてきていた。ジャックはブキャナンに、自分が身を呈して爆発を起こすので、その混乱に乗じて大統領を救出するよう耳打ち。ブキャナンに用意を促すが、ブキャナンは「ジュマを倒してもテロは続く。君が頼みの綱だ」と言い残し、避難室に駆け込み銃を発砲、自らの命と引き換えに爆発を起こす。

病院から逃走したジャックは、拝借した監視カメラの映像から刺客の男を見つけだし、FBIのルネに連絡。停職処分になったと言うルネに協力を頼み、画像を送る。男はスタークウッドで働くジョン・クインとわかる。ジュマとの繋がりは不明だが、スタークウッドを調べていたメイヤー議員なら知っているかもしれないとルネに言われ、ジャックはメイヤー宅へ。一方、官邸では、ケニンがバーネット殺害の経緯と失態を大統領に報告する。

生物兵器はすでに国内に届いている、と知ったジャックはトニーに連絡し、港に向かう。ジャックは、港湾局の警備員を捕まえ、金のために彼らの話に乗ったことを聞き出す。そこに犯人達が到着し、目当てのコンテナのある場所に向かい、トラックに積み込む準備を始める。荷物を確認したトニーは、ジャックに車に戻るよう提案するが、ジャックはその場に留まり、警備員の命を救う。結果、2人の存在が敵に知られ、激しい銃撃戦となる。

CDCはガスを浴びたジャックを検査。その頃、奪回した兵器と拉致したトニーを乗せたヘリは、黒幕ジョナス・ホッジスの待つスタークウッドへ。ホッジスは手下たちに大急ぎで兵器を仕込むよう命じる。官邸では大統領がオリヴィアを臨時首席補佐官に任命。そこにモスからジャックの無実とサンガラで製造された生物兵器の報告が入る。ケニンとジャックの情報を記者コリアーにリークしたオリヴィアは気が気ではない。

シートンの行動は、兵器を仕込むための時間稼ぎだった。ホッジスの傭兵部隊に包囲されたモスたちは手も足も出ず足止め状態。しかし、FBIにいるジャックがメイヤー議員のファイルから突破口を見つける。ジャックは、スタークウッドの会長であるダグラス・ノウルズに連絡し、協力を仰ぐ。そして、陽動作戦でトニーを逃がし他は引き揚げるよう指示する。残ったトニーはノウルズと落ち合い、兵器があるであろう場所へと向かう。

選択肢のない大統領は即座に空爆の中止を命令。だが、真相を知らない閣僚やジャックたちは突然の中止命令に納得いかない。そんなときスタークウッドから引き揚げようとしていたトニーが、現場に地対地ミサイルがあることに気づく。ジャックは即、大統領に連絡し、ミサイルの破壊許可を求める。しかし、ホッジスに脅されている大統領は公に許可を出すわけにはいかない。ジャックは大統領の立場を察し、極秘に破壊計画を進める。

傭兵はトニーの仲間だった。トニーはあろうことかモスを殺し、傭兵を逃がす。さらに自らを撃ち、敵から奇襲されたよう装う。一方、FBIでは傭兵が元特殊部隊ロバート・ガルヴェスと判明、緊急手配を敷く。その直後、モスの死がルネに知らされ、ルネはショックを受けながらも動揺を隠し、モスに代わって指揮を執る。忘れる前にと事件一連の経過を捜査官に語っていたジャックは事情を聞き、現場に向かうルネに同行する。

治療を受けたジャックはマヒした喉から声を絞り出し、ルネに共犯者がトニーであることを伝え、緊急手配させる。トニーは捜査網を突破し、爆破の混乱に紛れて逃げ出したガルヴェスの待つモーテルへ。詮索するガルヴェスを殺し、弁護士を装いホッジスに薬を渡した女を待つ。「早く届けないと」と言う女に、トニーは「連中に渡しても半年は使わない。その容器を使って今やるべきだ」と応え、彼女に組織を説得させる。

トニーの一味は自宅にいたジブラーンを捕らえ、弟ハミッドの命と引き換えにジブラーンを意のままに操る。テロの首謀者に仕立てあげるため証拠を捏造、そして声明を読ませ録画し始める。その頃、FBIでは、標的の範囲を広げ、クロエが不審な銀行口座取引からターゲットがジブラーンであることを掴み、ジャックとルネはジブラーンの身元保証人ゴハールの元へ。知らないと言い張るゴハールをジャックが厳しく追及する。

トニーたちは作戦を決行。弟の無事を知らないジブラーンに無線探知機を付け、地下鉄でワシントンセンター駅へと向かわせる。その間、トニーの相棒である例の女が、散布を最大にするため容器を改良した生物兵器を持ち、地下鉄へ。このままだと約1万人の通勤者が病原体にさらされることになる。一方、ジャックは痛みに苦しむ見張りを力づくで尋問、トニーにつながる緊急の番号を吐かせ、電話を探知する。

ジャックはカーラの命令で、トニーを逃がすために護送車を乗っ取る。驚くルネに対し、キムの命が狙われている事を話し、ジャックはトニーたちによってアジトに連行される。トニーたちは、ジャックの体内から病原体を採取して、生物兵器を作り直すことを狙いとしていた。ジャックの病原体が利用可能であることが分かり、カーラはウィルソンに状況を報告する。その間、ジャックは隙をついて、アジトから逃走する。

ケニンとピアースはオリヴィアを訪ね、彼女がマーティンにホッジス殺害を依頼した会話の録音データを聞かせる。その頃、ジャックは再びトニーに捕まる。トニーはミッシェル殺しの犯人を調べる過程でウィルソンの組織を知り、一連の行動は彼らを倒すためのものであったと話す。トニーはジャックの病原体をエサにウィルソンをおびき寄せ、ウィルソンに近づいたところでジャックの腹に巻きつけられた爆弾を爆発させようとしていた。