Члены террористической организации СПЕКТР Эрнст Ставро Блофельд («номер первый»), Роза Клебб («номер третий») и шахматист Кронстин («номер пятый») разработали операцию, целью которой является ухудшение отношений СССР и Великобритании, завладение советским шифровальным устройством «Лектор» и убийство агента английской разведки MI-6 Джеймса Бонда (месть за убийство Доктора Ноу). Для выполнения этой операции Клебб, пользуясь тем, что она по совместительству является советским офицером, привлекает сотрудницу советского консульства в Турции Татьяну Романову.Она должна имитировать передачу «Лектора» английским спецслужбам в лице Бонда, а затем Бонда должен убить агент Грант, специально отобранный для этого СПЕКТРОМ, а аппарат за большие деньги продать обратно СССР. В итоге шеф MI-6 М (которого в фильме играет Бернард Ли) вызывает Бонда к себе, отвлекая его от прогулки со своей любовницей Сильвией Тренч. В штаб-квартире MI-6 в Лондоне Бонд получает от М задание — отправиться в Стамбул, найти Романову, получить «Лектор» и привезти его в Англию.Там же Q вручает Бонду чемодан, напичканный шпионскими приспособлениями. В Стамбуле агенту 007 помогает турок Керим Бей. Вместе со своими многочисленными сыновьями он помогает Бонду следить за советским консульством и разработать план по вывозу аппарата из Турции. Между делом они приезжают в гости в цыганский табор, где на них нападают люди болгарина Криленку, связанного с советским консульством. Позже Керим Бей убивает Криленку.Затем Джеймс, Керим Бей и Татьяна (которая успела влюбиться в Бонда) крадут аппарат и садятся в Восточный Экспресс. Но с ними в поезд успевает сесть человек из советского консульства.В Загребе в поезд садится Грант. Именно он помогал Бонду заполучить «Лектор» и один раз даже спас Джеймса от смерти. В поезде Грант убивает Керим Бея и советского агента, инсценировав обоюдное убийство.Он встречается с Бондом как человек из MI-6, воспользовавшись паролем подлинного связного. Но вскоре в купе Бонда между ними завязывается драка, и Бонд, воспользовавшись спецчемоданом, убивает Гранта. Они с Татьяной высаживаются где-то в Югославии, но их продолжают преследовать люди СПЕКТРА, однако Бонд и Романова уходят от них и добираются до Венеции. Узнав о провале, Блофельд приказывает ликвидировать Кронстина, и посылает Клебб вдогонку беглецам. Между ней и Бондом в номере отеля в Венеции разгорается драка, и подоспевшая Романова убивает Клебб. После этого Татьяна и Джеймс счастливо плывут на лодке по каналам Венеции.