佩吉·卡特（海莉·阿特维尔 饰）曾是美国队长史蒂夫·罗杰斯的一生挚爱，也是特别短片《卡特探员》中的绝对主角。1946年，随着《美国队长》的故事落幕，二战的硝烟逐渐散去，佩吉的平静生活却被一种无形的失落感彻底打破——当那些在海外浴血奋战的军人们纷纷返回家乡后，她发现自己在这个由男性主导的社会里被人彻底忽视与边缘化。如今，她已就职于秘密组织SSR（战略科学预备队），虽身怀绝技却处境尴尬。日常工作中，她频频被当作端茶倒水的文秘，在各项任务中仅被分派接电话的打杂工作，长期得不到重用。与此同时，她还要在三重身份之间艰难寻找平衡点：应付枯燥的行政管理工作、为百万富翁发明家霍华德·斯塔克执行秘密任务，以及适应一个美国单身女性的日常生活。她时常沉浸在那位她以为一生中唯一爱过的男人史蒂夫·罗杰斯死去的痛苦中……却哪里知道，此刻的他正被冰封在北极的冰川之下！与此同时，百万富翁霍华德·斯塔克被控向敌方贩卖武器，其部分致命发明（如极易爆炸的硝化物分子式武器）赫然出现在黑市与敌方军械库中。面对SSR局长杜里将其绳之以法的通缉令，佩吉坚信霍华德遭人诬告。在餐厅向好友服务员安吉倾诉完内心的不快后，佩吉循着一则神秘留言在暗巷中见到了失踪已久的斯塔克及其管家埃德温·贾维斯。斯塔克坦言家中保险库失窃，请求佩吉暗中助他洗刷罪名，并留下贾维斯作为其搭档。面对局里同事的轻视与汤普森探员等人的调查阻力，佩吉不得不在明暗之间游走。她绝不能让局长杜里和同事察觉到自己与斯塔克的秘密接头，更要在暗中与邪恶组织及军火黑市势力展开致命对抗。在这场没有硝烟的暗战中，佩吉·卡特必须倾尽全力，向世界证明她的真正价值。