Действие фильма происходит в Германии в последние месяцы Второй мировой войны. Главный герой, Макс Отто фон Штирлиц, работающий в службе безопасности СС, на самом деле является советским разведчиком Максимом Исаевым, использующим эту личину для разоблачения тайных контактов Третьего рейха с США и Великобританией, планирующими заключить с Гитлером сепаратный мир.
Постепенно действия Штирлица начинают вызывать подозрения у нацистского руководства: под него начинает копать Эрнст Кальтенбруннер, один из представителей высших чинов СС. Кроме того, прерывается связь между Исаевым и СССР, так как оба его радиста оказываются дискредитированы.
Тем временем американо-немецкие переговоры идут полным ходом. Чтобы сорвать планы Гиммлера, защитить свою последнюю союзницу, разведчицу Кэт, и защитить Родину от враждебного сговора, Штирлицу придется проявить все свое мужество и хладнокровие, подчас отказываясь даже от собственной человечности…
Канун победы в Великой Отечественной войне. Советский разведчик, полковник Исаев продолжает работать в тылу врага под прикрытием — штандартерфюрер СС Штирлиц. И продолжает исполнять приказы советского командования, диктуемые политическими интригами глав воюющих государств.