热战完毕后，天控局面临被解散的风险，但是这个美国最大的特务机关，照旧担负着重要的使命。不过，近期天控局总部却遭受了突发性袭击，招致特工们都有被身份曝光的风险。其中也包括强健如牛、身手非凡的23号特工（道恩•强森 Dwayne Johnson 饰）。总部经过研讨发现，袭击事情是一个叫盖不达集团的，为了迎敌，总部对剖析家麦克斯韦（史蒂夫•卡瑞尔 Steve Carell 饰）委以重担，后者终于等到了一展身手的时机。于是，他积极参与了对付盖不达的举动，不过之前的两次演习都被他搞砸了。独一的收获是，他跟99号特工（安妮•海瑟薇 Anne Hathaway 饰）结成了伙伴，后者是独一不怕身份曝光的特工。他们在飞机上遇到了一个疑似的恐惧分子，但是当他们出手时，却不测堕入了对方的圈套。尔后，这对欢欣冤家又接连遇到一系列令人啼笑皆非的困境……