1984年11月，苏联处于戈尔巴乔夫上台前夕，美、苏冷战正酣。苏联研制出新型核潜艇“红十月号”，派经验丰富的雷米斯负责该艇首次试航演习。与此同时，美国中央情报局获取了“红十月”号相关情报。 演习途中，艇长雷米斯杀死发现其隐私的专横政委，随后命令潜艇改变航向。他告知全体官兵，要凭借该艇先进的无声推进系统突破美国海军监视网，游览美国海岸线。美军潜艇“达拉斯号”无法追踪“红十月”号，美国因此陷入恐慌，以为遭遇偷袭。 在秘密会议上，中情局情报员黎博士大胆推测，雷米斯率舰改变航向是有意变节投奔美国。中情局给黎博士三天时间，要求他在此期间与雷米斯取得联系，否则就歼灭“红十月”号。 在“红十月”核潜艇上，雷米斯召开军佐会议，表明变节意图。此时，苏联方面认定“红十月”号已投降美国，派出大批舰艇搜寻。美军舰艇也探测到该艇。苏联方面抱着“宁为玉碎”的态度，向“红十月”号发射鱼雷，而艇内还出现了潜伏奸细的破坏活动。 “红十月号”冒险靠近美方潜艇“达拉斯”号。在得知马尔克·雷米斯此行目的是向美国发射飞弹的情报后，美方坚持认为这是苏联借美军之手消灭“红十月”号的阴谋。短暂信号灯联系后，“红十月”号突然南逃。 不久，“红十月”号因换气系统故障浮出水面，被美军驱逐舰追上。美军发射并自我引爆鱼雷，假称击沉“红十月”号以欺骗苏联。之后，美方潜艇派小艇载着黎博士等人登上“红十月”号与雷米斯谈判，雷米斯要求美国提供庇护。 苏联方面再次发射鱼雷，雷米斯命令潜艇迎着鱼雷驶去，使鱼雷因距离过近难以引爆。此时，奸细仍在搞破坏，在又一枚鱼雷来袭前，黎博士终于发现并击毙了潜伏奸细。老谋深算的马尔克·雷米斯引诱苏方鱼雷绕道击沉了苏联自己的潜艇。最终，“红十月”号驶入美国港湾。