Агент ЦРУ Эвелин Солт допрашивает русского перебежчика Орлова, который рассказывает ей о «Дне Икс» — операции, задуманной в СССР ещё во времена Холодной войны для уничтожения Соединенных Штатов с помощью внедрённых в спецслужбы страны агентов. На похоронах вице-президента США в Нью-Йорке президент России будет убит русской шпионкой Эвелин Солт. Затем Орлову удается бежать и в ЦРУ думают, что Солт является «кротом». Эвелин вынуждена скрываться, также обнаружив, что ее муж-арахнолог пропал без вести. Изменив внешность, она пробирается в усиленно охраняемую Церковь святого Варфоломея, где проходят похороны вице-президента и стреляет в президента России. Ее хватают,
но вскоре Солт совершает побег из Департамента полиции Нью-Йорка.
А в воспоминаниях героини показывается, как Солт растёт в Советском Союзе, Орлов учит её и других детей повиноваться ему и расположить к себе американское правительство — до «Дня Икс».
Орлов поздравляет Солт с успешным убийством президента России, но его беспокоит вопрос о её решении выйти замуж за иностранца. На барже на реке он устравает ей испытание на верность, когда Майка убивают на её глазах. После успешной проверки Орлов объявляет о второй части «Дня Икс»: убийство президента США и захват ядерного потенциала страны. После этого разъяренная Солт убивает своего учителя Орлова, которому она прежде поклонялась, а также всех остальных советских агентов на барже.
Затем Солт идет на встречу с офицером НАТО и узнаёт в нём Шнайдера, знакомого ей с детских лет в центре подготовки Орлова. Шнайдер под видом полковника Томаша вместе с изменившей внешность Солт едут в Белый дом. Здесь Шнайдер внезапно открывает стрельбу в агентов Секретной службы и подрывает принесенную бомбу. Секретная служба спасает президента, и они спускаются в подземный бункер Белого дома. Президент, полагая, что Россия готовит ядерный удар против США, начинает передавать коды запуска ядерного чемоданчика. Солт проникает в бункер и обезвреживает часть охраны президента. Уинтер берёт в руки оружие и убивает всех остальных, кроме самого президента. Он объясняет удивленной Солт, что сам как урождённый Николай Даковский являлся частью плана Орлова всё это время, а затем использует ядерный чемоданчик, чтобы запустить ядерные ракеты на Тегеран и Мекку: «Убить девять миллионов людей. Разозлить миллиард мусульман. Америка погибнет мучительной смертью». Солт уговаривает Уинтера впустить её в центр управления. Узнав из новостей, что президент России не умер, а лишь временно парализован паучьим ядом, Уинтер понимает: Солт не на его стороне, но ей удается вломиться в бункер. После напряженной борьбы Солт успевает прервать запуск ядерных ракет. Тут же агенты Секретной службы стреляют в Солт и арестовывают её.
Солт сажают на вертолёт с Пибоди, где она объясняет ему всё. Скептически настроенный Пибоди, наконец, понимает, что она говорит правду: он получает SMS с указанием, что отпечатки пальцев Солт были найдены на барже, а это подтверждает её измену Орлову. Теперь оба знают, что существуют множество других «кротов», и Пибоди согласен, чтобы Солт совершила побег. Тогда она сможет найти и обезвредить сеть шпионов. Он снимает с неё цепи, и Солт выпрыгивает из вертолёта в ледяной Потомак.
