La princesa amazona Diana (Lynda Carter) se ofrece como voluntaria para devolver a Steve Trevor (Lyle Waggoner) a Washington, luego de que su avión cayera en la Isla Paraíso. Al llegar a Washington, ella se establece bajo la identidad secreta de Diana Prince, y comienza a trabajar para Steve Trevor, convirtiéndose cuando hace falta en La Mujer Maravilla.

Steve está siendo incriminado en varios incidentes de sabotaje, Sospecha de la baronesa Paula von Gunther (Christine Belford) una espía nazi encarcelada. La Mujer Maravilla logra descubrir su escondite, pero es sorprendida por la baronesa, quien logra desmayarla con un gas.

Fausta Grables (Lynda Day George) atrae a la Mujer Maravilla hacia una trampa, y logra dejarla inconsciente. La Mujer Maravilla es entonces secuestrada y llevada a Alemania para su estudio. Steve lanza una misión para rescatarla, pero, tras ser también capturado, será la propia Mujer Maravilla quien deba organizar el escape…

Diana participa en un concurso de belleza para exponer a una organización de saboteadores, que es dirigida por el director musical del certamen.

El Ejército de los Estados Unidos está a punto de revelar su primer caza a reacción, y los nazis están decididos a robarlo para estudiarlo y construir el suyo propio. Mientras tanto, Drusilla (Debra Winger), la hermana menor de Diana, llega de la Isla Paraíso para una visita y queda atrapada en el complot de los nazis. Y es que el capitán alemán Radl (John Saxon) ahora está decidido encontrar la fuente del Feminum -el indestructible metal de las pulseras amazonas- y para ello secuestra a Druscilla, quien se da cuenta que, al igual que su hermana, también puede transformarse… ¡y se convierte en la chica Maravilla!

Peter Knight, un ingeniero que trabaja en secreto para los nazis, gana la confianza de Drusilla y la engaña para que revele la ubicación de la Isla Paraíso. La tripulación del submarino alemán pone en marcha una invasión y obliga a las amazonas a extraer el oro del feminum. La reina Hippolyta le encarga a la princesa Diana [vestida como la Mujer Maravilla] la comandancia de las milicias Amazonas, y a ella se suma Druscilla, que ha regresado a la isla. Así, las dos princesas diseñan un plan para derrotar a los invasores nazis…

Para capturar a un agente nazi desertor (John Hillerman) , la especialista en comportamiento animal y agente nazi Erica Belgard (Gretchen Corbett) se vale de un súper gorila llamado Gargantúa. Erica decide usar la fuerza del animal para derrotar y capturar a la Mujer Maravilla.

El terrorista irlandés "El Halcón" (Robert Reed) roba una fórmula diseñada para producir terremotos, por lo cual la Mujer Maravilla y el inventor de la fórmula deben trabajar juntos para detenerlo. Para complicar más las cosas, El Halcón también está portando la peste bubónica, y debe ser atrapado cuanto antes para que no siga dispersándola…

La Mujer Maravilla y Steve investigan un complot nazi para inundar la economía norteamericana con billetes falsos de 2 dólares, ya que eso desestabilizaría el esfuerzo bélico estadounidense.

Un extraterrestre llamado Andros (Tim O'Connor) llega a la Tierra para estudiarla y convencer al consejo intergaláctico de que el planeta no debe ser destruido debido a su belicosidad. El gobierno estadounidense sospecha primero que Andros es un espía nazi y los nazis quieren usar los poderes de Andros para la dominación mundial. La Mujer Maravilla y Andros deben trabajar juntos para demostrar que las intenciones de Estados Unidos son pacíficas, ya que extraterrestre no está seguro de si alguno de los dos bandos tiene razón (mencionando el cautiverio de "estadounidenses de ascendencia japonesa" en respuesta a los cargos contra las políticas raciales nazis). Mientras explora la Biblioteca del Congreso, Andros es despojado de sus poderes y capturado por los nazis, mientras que la Mujer Maravilla queda fuera de combate por efecto de un gas. El consejo intergaláctico decreta que si Andros es asesinado… ¡la Tierra será destruida!

La Mujer Maravilla viaja a Alemania para rescatar a Andros. Y el Consejo intergaláctico, al ver que ella es capaz de sacrificar su vida para salvarlo, cede en su amenaza de destruir el planeta. Andros invita a la Mujer Maravilla a acompañarlo al espacio, pero ella le responde que es más necesaria en la Tierra. Andros promete volver a verla en 50 años (eso sería en 1992).

Diana y Steve se dirigen a Argentina para recoger la fórmula de un científico. La fórmula puede hacer que los neumáticos de goma sean tan fuertes como el acero, pero los nazis quieren robar la fórmula para usarla en sus vehículos.

La Mujer Maravilla viaja a Texas, donde agentes nazis están robando ganado destinado al gobierno estadounidense. El ganadero (Roy Rogers) y sus varios niños huérfanos adoptados tratan de ayudar a la Mujer Maravilla en sus esfuerzos para detener a los nazis. Y su ayuda será muy valiosa cuando los ladrones le roben el Cinturón Mágico y la encierren en una celda abandonada.

La Mujer y la Chica Maravilla trabajan juntas para impedir que un agente nazi, ahora convertido en productor de cine, lleve a Steve y a varios otros soldados de vuelta a Alemania para ponerlos en una película de propaganda que destruirá la imagen de Estados Unidos como país pacifico.