À l'Oak Bar, des espions à la botte des communistes croient reconnaître en Roger Thornhill, publiciste new-yorkais, l'agent américain George Kaplan. Ils le kidnappent et l'emmènent dans le repère de leur chef, Lester Townsend, haut fonctionnaire aux Nations-Unies. Après un interrogatoire musclé, Thornhill leur échappe de justesse. Mais lorsque la police mène l'enquête, tous les indices ont disparu.

Thornhill se lance alors seul à la recherche de Townsend et de ce mystérieux Kaplan. Il croise de nouveau les tueurs, qui n'hésitent pas à assassiner le vrai Townsend. Thornhill est accusé du meurtre et recherché. Il lui reste à retrouver coûte que coûte Kaplan, afin de mettre au jour le complot dont il est victime.

En fait, Kaplan est un agent fictif créé de toutes pièces par le service du contre-espionnage afin de protéger la belle Eve Kendall, leur agent auprès de Vandamm (le faux Townsend). Thornhill a fourni par hasard une miraculeuse crédibilité au personnage et tant qu’il sera Kaplan pour Vandamm, la vie d’Eve ne sera pas menacée.

Or, se rencontrant dans le train en direction Chicago, Roger et Eve s'éprennent l'un de l'autre. L'aventure sentimentale fragilise la position d'Eve auprès de Vandamm. Pour éloigner les soupçons de l'espion, les services secrets simulent l'assassinat de Thornhill. Mais la supercherie est démasquée et Eve ne doit son salut qu’à l'intervention de Thornhill. Leur aventure terminée, ils pourront songer à se marier.