Quand Callen fait cavalier seul et se lance dans une mission secrète, Hetty exige que son opération soit stoppée et charge le reste de l'équipe de l'intercepter avant qu'il ne soit trop tard.

L'agente de la DEA Talia Del Campo (Mercedes Mason) se tourne vers l'équipe après l'assassinat de son partenaire. Dans son côté, Kensi soupçonne Deeks de lui cacher quelque chose, mais il la surprend en la présentant à sa mère (Pamela Reed).

L'équipe enquête sur un massacre péruvien vieux de 20 ans lorsqu'une supposée rescapée devenue mannequin célèbre est prise pour cible. Kensi se fait alors passer pour son assistante et Deeks pour son chauffeur.

Callen et Sam sont obligés d'écourter leur jour de congé lorsqu'ils reçoivent un mystérieux appel téléphonique. L'interlocuteur menace en effet de tuer des innocents s'ils ne font pas exactement ce qu'il veut.

L'agent spécial DiNozzo (Michael Weatherly) du NCIS demande de l'aide à l'équipe de Los Angeles pour fouiller la ville à la recherche d'un prisonnier qui a échappé à son escorte à la descente d'un vol en provenance de Singapour.

L'équipe recherche l'ancien coéquipier de Sam, Mark Ruiz (Anthony Ruivivar), qui a disparu tandis qu'il achetait un explosif mortel pendant une opération d'infiltration.

Kensi et Deeks s'infiltrent dans une secte pour sauver un employé du ministère de la Défense qui, après un lavage de cerveau, a révélé des informations classifiées. Pendant ce temps, le reste de l'équipe essaie d'empêcher la vente des informations.

L'équipe se lance à la recherche de Jada (Ella Thomas), une femme qui a obtenu l'asile aux États-Unis grâce à Sam quatre ans plus tôt. De son côté, Kensi part en infiltration avec l'agente de la DEA Talia Del Campo (Mercedes Mason).

L'équipe recherche une adolescente disparue qui aurait pu être recrutée par une organisation terroriste.

Quand Deeks est arrêté et interrogé pour le meurtre de son ancien partenaire, l'équipe fait tout pour prouver son innocence.

Quand un Nord-coréen est empoisonné et renversé par un camion, l'équipe enquête sur un réseau d'espionnage. De leur côté, Deeks et Kensi tentent d'inclure leurs mères dans leurs célébrations. Hetty remarque quant à elle que Granger n'aime pas Noël.

Kensi et Deeks s'infiltrent dans une centrale nucléaire désaffectée tandis que l'équipe enquête sur l'empoisonnement par radiation d'un sergent qui y travaillait au noir en tant que gardien de sécurité.

L'équipe enquête sur le meurtre d'un entrepreneur du milieu de la technologie qui s'était lancé dans le capital risque après avoir développé en secret un "démon", un programme informatique capable de collecter des données sans être détecté.

Kensi et Deeks annoncent à l'équipe qu'ils vont emménager ensemble, mais Hetty les assigne à la protection de Jack, l'ex-fiancé de Kensi. Ce dernier possède une liste de contacts en Afghanistan et certains seraient prêts à tuer pour s'en emparer.

Pour localiser Arkady en Russie, l'équipe monte une opération d'infiltration avec Anna (Bar Paly), la fille de ce dernier. L'objectif est d'accéder à l'ordinateur du consul général russe lors d'un gala organisé au consulat.

En Russie, Callen, Sam et Anna (Bar Paly) élaborent un plan pour faire libérer de prison le père d'Anna et son comparse, agent de la CIA. Callen apprend enfin ce que " G " signifie. À Los Angeles, Kensi et Deeks prennent Eric avec eux sur le terrain.

Quand de nombreuses photos de surveillance de la famille de Sam sont retrouvées en Afrique, Sam et Callen s'y rendent pour déterminer les tenants et les aboutissants d'une telle découverte. Pendant ce temps, la famille de Sam est mise en lieu sûr.

Un espion cubain incarcéré échappe à la police américaine juste avant un échange de prisonniers et l'équipe découvre avec stupéfaction qu'Anna (Bar Paly) l'a aidé. Deeks reproche à Kensi d'être trop désordonnée.

Callen et l'équipe tentent de sauver un enfant endoctriné par une cellule terroriste. Pendant ce temps, Deeks et Kensi discutent de la possibilité d'avoir des enfants.

Alors qu'ils sont affectés à la protection du commandant du Commandement du Pacifique, les membres de l'équipe recherchent un espion nord-coréen.

Quand Hetty perd tout contact avec le psychologue Nate Getz (Peter Cambor), infiltré au sein du crime organisé afin d'établir ses liens avec le terrorisme, l'équipe découvre qu'il travaille pour un criminel notoire.

Alors que Granger escorte Jennifer Kim (Malese Jow) à Los Angeles, il l'interroge sur un espion nord-coréen et elle avoue être au courant qu'il est son père.

Quand des informations top secrètes concernant de possibles terroristes sont extraites d'un conteneur sécurisé du ministère de la Défense lors d'un incendie, Sam et Callen s'infiltrent chez les pompiers.

Quand Sam reçoit un message de détresse de son fils Aiden (Tye White) l'informant que son école a été attaquée par un groupe extrémiste, Sam, Callen, Kensi et Deeks se précipitent à San Francisco pour protéger Aiden et libérer les otages.