Sur un terrain de la Navy, deux apprentis soldats découvrent le corps sans vie d'un médecin. Il a été abattu d'une balle dans l'épaule et d'une autre à la base du crâne. Le mode opératoire est familier au directeur Leon Vance, qui y voit celui d'une tueuses à gages nord-coréenne qu'il traque depuis presque vingt ans. Il donne à Gibbs et à son équipe tous les moyens pour mettre fin à ses agissements.

A l'approche de Noël, un jeune couple arpente la forêt à la recherche d'un sapin mais découvre un cadavre congelé par le froid et agenouillé sur un tapis de prière. Il s'agit d'un lieutenant des marines, converti à l'islam durant la guerre en Irak. Son père avait quitté la Navy pour devenir pasteur. Dans le même temps, Gibbs reçoit son père pour les fêtes et la cohabitation commence sur de mauvaises bases.

Dans une zone résidentielle huppée, des coups de feux retentissent dans la nuit. Un vieil officier de la marine, qui venait de faire sa demande en mariage, a été tué. Lorsque Gibbs se rend sur les lieux pour débuter son enquête, il est confronté à son passé : la compagne de la victime n'est autre que son ex-belle-mère, Joann Fielding. A mesure que ses recherches progressent, les souvenirs remontent à la surface.

Les fêtes étudiantes se préparent à Annapolis, où se situe l'académie de la marine. Sur la plage, sous un feu de camp géant, est retrouvé un corps calciné. Malgré l'état du cadavre, Duck parvint à identifier la victime. La révélation glace le sang des enquêteurs : il s'agit de leur collègue du NCIS de Los Angeles, Lara Macy. Elle semble liée à un passé qui ne cesse de tourmenter Gibbs.

Quelques mois après avoir attenté à la vie du père de Gibbs, Pamela Raynosa est de retour aux États-Unis, cette fois pour consolider la distribution de sa marchandise le long de la côte Est. Gibbs est de nouveau la cible de la reine du cartel mexicain qui mène une vendetta contre lui. En plus de son instinct légendaire, l’agent peut compter sur le directeur du NCIS, son équipe et Mike Franks.

Le corps de Simon Craig, un quartier-maître de 27 ans, est retrouvé dans la cage d'escalier d'un lycée. L'homme travaillait pour un centre de recrutement des forces armées américaines. En interrogeant la sœur de Simon, Gibbs découvre que celui-ci était homosexuel et fréquentait secrètement un professeur d'anglais. Pendant ce temps, Walter Magnus, un retraité du NCIS, rend visite au Dr Mallard.

Alors que l'équipe enquête sur le meurtre du commandant d'un navire, retrouvé une balle dans le corps par un membre de l'équipage, une psychiatre arrive dans le service. Il s'agit de Rachel Cranston, chargée d'évaluer l'équilibre psychique des différents agents. Sa présence pendant l'enquête perturbe les membres du NCIS, autant qu'elle ravive de vieux souvenirs, notamment de l'époque où l'agent Todd était parmi eux.

L'identité du tueur de port-à-port est enfin connue. Il s'agit de Jonas Cobb, un lieutenant qui a été entraîné quelques années auparavant pour participer à une opération secrète. Après avoir enlevé EJ Barrett, sauvée in extremis par Gibbs, il réussit à tendre un guet-apens à Ziva. Toute l'équipe se mobilise pour la retrouver. Parallèlement, Gibbs apprend que EJ a un lien de parenté très étroit avec le secrétaire de la Navy.

Blessé et partiellement amnésique, DiNozzo est hospitalisé. Rachel Cranston l'aide à recouvrer la mémoire. L'agent se rappelle bientôt que, quelques mois plus tôt, Clayton Jarvis a fait appel à lui pour une mission secrète dont étaient exclus ses partenaires, y compris Gibbs. Au cours de cette opération, il avait été en contact avec l'agent EJ, activement recherchée après qu'elle a subtilisé une puce dissimulée sous la peau d'un défunt.

Toujours sans aucune nouvelle du lieutenant Flores, Gibbs se rend en Afghanistan en compagnie de Ziva, à l'endroit où elle a été vue pour la dernière fois. Ils parviennent à retrouver les deux fillettes qu'elle avait sauvées. Traumatisées, celles-ci assurent à Ziva que la jeune femme est toujours vivante mais retenue prisonnière. Une opération est montée pour donner l'assaut et tenter de la délivrer.

Pendant sa pause matinale habituelle dans un café, Gibbs échappe de près à la mort lorsqu'un homme lui tire dessus. Toute son existence repasse alors devant ses yeux ainsi que les personnes importantes de sa vie comme sa première épouse, Shannon, ou sa mère qui lui font repenser aux choix déterminants qu'il a faits par le passé. Parallèlement, l'enquête sur un double meurtre commis sur un navire suit son cours.

Gibbs et son équipe enquêtent sur la mort d'un réserviste de la marine, retrouvé pendu à son domicile. La piste du suicide est rapidement écartée lorsque le légiste découvre qu'on lui a tiré dessus. Son médecin, le docteur Cranston, révèle à l'équipe que le défunt était en instance de divorce mais qu'il n'était en aucun cas dépressif. Dans cette enquête, Gibbs doit collaborer avec Samantha Ryan, de la division de psychologie des opérations spéciales.

Le directeur Leon Vance a été enlevé alors qu'il rentrait chez lui et toute l'équipe est à sa recherche. Il finit par se réveiller dans un cercueil à côté d'un cadavre calciné sans avoir aucun souvenir des événements. Gibbs continue ses recherches sur la vie et le tempérament de Harper Dearing pour mieux comprendre ses motivations. Parallèlement, le mariage de Jimmy approche et la présence des membres de l'équipe semble compromise.

Après l'explosion du quartier-général du NCIS, chacun tente de retrouver ses esprits. Alors que Ziva et DiNozzo se retrouvent ensemble enfermés dans l'ascenseur, McGee ne réalise même pas qu'il a été blessé à l'abdomen. De son côté, Palmer est au chevet du Dr Mallard, hospitalisé à la suite de son arrêt cardiaque. Pendant ce temps, Gibbs et son commandement cherchent le moyen de neutraliser définitivement Dearing.

Pendant plusieurs jours, Gibbs fait l'objet d'un interrogatoire poussé, mené par Richard Parsons. Ce dernier ne se contente pas de vouloir éclaircir les meurtres commis par Ilan Bodnar, mais souhaite déterrer tous les secrets, enfouis par l'agent lors de sa carrière. Tom Morrow et Vance comprennent que l'enquêteur en fait une affaire personnelle. De son côté, l'équipe du NCIS fait l'impossible pour aider Gibbs.

Le SecNav Clayton Jarvis est tué et l'ancien directeur de NCIS Tom Morrow blessé dans l'explosion d'une bombe. L'équipe découvre que quelqu'un tente de les éliminer un par un. Gibbs se rend à Téhéran afin de rencontrer un informateur. Enquêtant sans insignes, Tony s'envole pour Tel Aviv alors que McGee tente de découvrir l'origine de la bombe.

Le corps de Dan McLane, un membre du Congrès retraité des marines, est repêché dans le Mississippi, à La Nouvelle-Orléans. Chargé de l'enquête, l'agent Dwayne Pride vient demander le soutien de Gibbs, l'un de ses vieux frères d'armes. L'enquête est conjointement menée par une équipe du FBI et par l'agent Fornell. Leurs recherches les conduisent sur la piste d'une prostituée avec laquelle le défunt avait passé sa dernière soirée.

Les deux équipes poursuivent conjointement leurs recherches quand un nouveau meurtre est commis. Le mode opératoire est identique à celui de Victor Lorta, surnommé le « Privilégié », un tueur en série qui prend pour cible des militaires et des fonctionnaires. Néanmoins, Gibbs et Pride sont rapidement persuadés qu'ils ont affaire à un imitateur. En examinant les lettres de Lorta où il clamait son innocence, Mallard découvre que Dan McLane aurait falsifié des preuves d'anciens meurtres.

L'équipe enquête sur l'incendie d'un navire de l'armée survenu alors qu'il effectuait des manœuvres au large du Mariland. Le bateau servait de centre de détention secret pour interroger des terroristes capturés dans des conditions spéciales. Alors que l'enquête démarre, Vance annonce à Gibbs que son père vient de décéder à la suite d'une crise cardiaque. Gibbs part alors pour sa ville natale afin d'assister aux funérailles.

Gibbs et McGee se rendent en Russie pour ramener un informaticien du NCIS aux Etats-Unis. Leur mission compromise, ils sont forcés d'atterrir en pleine forêt où un groupe de mercenaires russes les attend. Le reste de l'équipe met donc tout en oeuvre pour les retrouver...

Après s'être fait tirer dessus par Luke Harris en Irak, Gibbs est transporté à bord d'un navire-hôpital et tous les moyens sont mis en oeuvre pour tenter de le sauver. Pendant ce temps, DiNozzo et Joanna Teague se rendent à Shanghai dans l'espoir de mettre fin, une bonne fois pour toutes, aux agissements de l'organisation terroriste connue sous le nom de "La Vocation".