Фильм начинается с того, что офицер канадской разведки Макс Ватан приземляется с парашютом в марокканской пустыне, неподалеку от оккупированной фашистами Касабланки. Там его подбирает водитель и передает чемодан со всем необходимым для выполнения секретной мисси. Вскоре Макс встречает свою напарницу на это задание. Ей оказывается француженка Марианн Босежур из отряда сопротивления.
По легенде Макс и Марианн супруги, а так как девушка уже давно живет в Марокко, ей удалось войти в круг доверия местных немецких чинов и организовать для фальшивого мужа приглашение на мероприятие, которое посетит их цель. Накануне завершающей части миссии Макс и Марианн занимаются сексом, но это не мешает им выполнить задание и убить немецкого посла. Уезжая с места диверсии Макс предлагает Марианн выйти за него замуж и перебраться в Лондон.
Спустя три недели подполковник Макс Ватан уже находится в столице Англии и его непосредственный начальник сообщает ему, что отдел В разрешил Бесожур переехать в Лондон. Вскоре влюбленные играют свадьбу, а через девять месяцев у них рождается ребенок. Девочку называют Анной. Макс продолжает служить в Лондоне, а Марианн занимается воспитанием ребенка. Однажды Макса вызывают в отдел В и сообщают, что скорее всего его жена немецкий шпион. Оказывается, что настоящую Марианн Бесожур убили, а ее личность взяла себе немецкая шпионка с похожей внешностью. Посол, которого Макс убил вместе с ней, был диссидентом, и Гитлер сам приказал его убить.
Чтобы полностью убедиться в виновности Марианн ей подсовывают заведомо ложные сведения и если они впоследствии всплывут в радиоэфире, то Макс будет обязан ее убить, иначе он будет казнен вместе с ней. Естественно главный герой фильма не верит в виновность своей жены и поэтому начинает свое собственное расследование. Он дает фото своей жены одному из летчиков, который летит в оккупированную немцами Францию, чтобы тот показал его Полю Деламару – единственному человеку, знавшему Марианн Бесожур. Однако вскоре главному герою фильма сообщают, что пилот погиб, из-за того, что слишком мешкал, пытаясь добиться ответа от пьяницы.
Подполковник Ватан сам летит во Францию. Там он вместе с партизанами находит Деламара, но их обнаруживают немцы, и поговорить с ним у него не получается. Единственное, что Деламар сказал о Марианн это то, что она великолепно играла на пианино. Макс с партизанами успешно отбивается от немецкого патруля и возвращается в Лондон. В утро, когда должны быть расшифрованы сводки радиоэфира, Макс приводит жену в бар и просит сыграть на пианино. Марианн не может этого сделать и признается, что действительно шпионила в пользу немцев, но делала это под давлением с их стороны. Шпионская ячейка, находящаяся в Лондоне, угрожала ей убийством ее ребенка.
Марианн говорит, что любит Макса и тот ей верит. По ее наводки Ватан убивает всех немецких шпионов и везет семью на аэродром. Однако пока он готовит самолет, их уже находят и Марианн приходится застрелить себя, чтобы спасти мужа. В конце фильма показывается, как Макс счастливо живет со своей дочерью на ранчо, о котором он рассказывал Марианн в начале фильма.
