Nach der Niederlage von Dr. No schmiedet SPECTRE einen Plan, um sich an James Bond und dem britischen Geheimdienst zu rächen: Der Schachstratege Kronsteen und die skrupellose Ex‑SMERSH‑Offizierin Rosa Klebb wollen Bond mit einem kompromittierenden Sexskandal töten und gleichzeitig den Briten eine sowjetische Dechiffriermaschine, den Lektor, unterjubeln, um einen internationalen Eklat auszulösen. Klebb rekrutiert in Moskau die ahnungslose Chiffrier‑Spezialistin Tatiana Romanova, die glaubt, für Mutter Russland zu arbeiten, in Wahrheit jedoch als Lockvogel für Bond dienen soll. Offiziell bietet Tatiana dem MI6 ihre Überläufer‑Dienste an, mitsamt Lektor, unter der Bedingung, dass nur James Bond sie in Istanbul treffen darf – M wittert eine Falle, schickt 007 aber trotzdem los.

In Istanbul arbeitet Bond mit dem charismatischen Stationsleiter Ali Kerim Bey zusammen, der ihm die Spannungen zwischen Russen und Briten erklärt und zugleich erkennt, dass eine dritte Partei im Hintergrund zündelt. SPECTRE‑Killer Red Grant beschattet Bond lautlos, beseitigt Gegner auf beiden Seiten und schiebt die Verantwortung jeweils dem anderen Block zu, um die Lage weiter zu eskalieren. Bond trifft Tatiana zunächst im Hotelbett, wo sie, überwacht durch eine versteckte Kamera, ihre Liebesszene mit ihm spielt, während sie zugleich Beweise liefert, dass sie tatsächlich Zugang zum Lektor hat.

Mit Kerim Bey gelingt Bond ein spektakulärer Coup: Sie schleusen sich in das sowjetische Konsulat ein, sprengen einen Teil des Gebäudes, stehlen den Lektor und fliehen durch einen unterirdischen Tunnel, in dem sie eine Rattenplage überstehen müssen. Anschliessend besteigen Bond, Tatiana und Kerim den Orient‑Express Richtung Westen, doch SPECTRE hat den Plan längst einkalkuliert: Grant tötet Kerim und einen sowjetischen Agenten und stellt die Szene so, dass Bond den vermeintlichen Selbstmord seines Verbündeten vorfindet. Schliesslich gibt sich Grant im Zug Bond gegenüber als britischer Agent aus, entwaffnet ihn und schildert genüsslich den gesamten SPECTRE‑Plan, inklusive der geplanten Veröffentlichung des kompromittierenden Sexfilms nach Bonds Tod.

Erst im letzten Moment kann Bond mit Hilfe seines raffiniert präparierten Q‑Aktenkoffers das Blatt wenden: Tränengas, versteckte Waffen und ein erbarmungsloser Nahkampf im engen Abteil enden damit, dass Bond Grant tötet. Die Flucht geht weiter per Auto, dann per Helikopter, dessen Angriffe Bond durch einen gezielten Schuss und eine gewaltige Explosion beendet, bevor er mit Tatiana auf ein Motorboot umsteigt. Auf dem Wasser liefern sich die beiden ein explosives Gefecht mit SPECTRE‑Booten, das Bond mit brennendem Benzin und einer Kettenreaktion von Explosionen für sich entscheidet, sodass ihnen die Flucht nach Venedig gelingt. Dort kommt es zum letzten Duell: Rosa Klebb dringt als Zimmermädchen verkleidet in Bonds Hotelzimmer ein, versucht ihn mit einer giftigen Klinge im Schuh zu töten, doch Tatiana stellt sich gegen ihre frühere Vorgesetzte und erschiesst Klebb, womit sie Bond rettet und sich endgültig zu ihm bekennt.