多米尼卡·葉里薩羅娃（詹妮弗·勞倫斯飾）曾是莫斯科大劇院芭蕾舞團的潛力新星，因演出事故導致職業生涯終結后，被蘇聯國家安全委員會招募并訓練為代號"紅雀"的間諜。在教官謝爾蓋·尼基京（馬提亞斯·修奈爾飾）的督導下，她被派遣接近中情局特工內森尼爾·納什（喬爾·埃哲頓飾），目標是獲取其掌握的蘇聯間諜名單。執行任務過程中，多米尼卡與堅守職業道德的內森尼爾產生真實情感，后者在得知她被迫成為間諜的經歷后，主動轉變立場協助調查。兩人通過制造身份假象與情報部門周旋，在揭露安插在美軍內部的蘇聯間諜科洛金（塞巴斯蒂安·胡克飾）身份的過程中，逐步陷入被雙方組織追殺的絕境。在莫斯科與柏林交替展開的情報博弈中，這對間諜戀人必須同時對抗來自克格勃和中情局的致命追捕。