Generál Jack Ripper informuje svoju leteckú základňu Burpelson o sovietskej invázii na území Spojených štátov a po vyvolaní špeciálneho poplachu nariadi "bojový plán R" - jadrový útok na Sovietsky zväz. V záujme bezpečnosti základne a ochrany proti možným sovietskym špiónom tiež zavedie úplnú komunikačnú izoláciu od zvyšku sveta.

Prezident spojených štátov Merkin Muffley sedí s generálmi na mimoriadnom stretnutí vo "Vojnovej miestnosti", riadiacom centre v Pentagóne. Tam mu generál Turgidson vysvetľuje, že "bojový plán R" umožňuje vyšším dôstojníkom nariadiť jadrový útok v prípade, že zvyšok vrchného velenia krajiny bol zlikvidovaný. Turgidsonov tím sa snaží skúšať všetky možné trojznakové kód na odvolanie útoku, ale vysvetľuje, že nájdenie správnej kombinácie môže trvať aj niekoľko dní a bombardéry sú od svojich cieľov vzdialené už iba hodinu.

Britský kapitán Mandrake, ktorý vypomáha na Ripperovej základni, sa však vďaka zabavenému vreckovému rádiu z civilného vysielania dozvedá, že žiadny sovietsky útok v skutočnosti neprebieha a snaží sa presvedčiť generála, aby útok odvolal. Ripper však počas konverzácie odhaľuje svoju úplnú paranojua začína sa pripravovať na boj.

Prezident Muffley ignoruje Turgidsonovu radu nechať útok vykonať, keďže nechce mať na svedomí prvý úder v nukleárnej vojne, a tak radšej do Vojnovej miestnosti zavolá sovietskeho ambasádora Alexiho de Sadeskyho. Cez telefonickú "horúcu linku" spolu volajú premiérovi Sovietskeho zväzu, informujú ho o celej situácii a prezident Muffley mu ponúka zoznam cieľov kam smerujú bombardéry, aby ich sovieti mohli zneškodniť.

Cez telefonát sú však informovaný o existencii takzvanej "zbrane posledného súdu" - komplexný systém, ktorý pri detekcii jadrového útoku aktivuje zásobu zakopaných jadrových bômb tak veľkú, že dokáže zničiť všetok život na Zemi. Ambasádor de Sadesky vysvetľuje, že všetky bomby obsahujú prvok "kobalt-tórium G," vďaka ktorému by nastala takmer storočná nukleárna zima.

Skepticizmus a nedôveru voči tejto novej informácii zničí prezidentov vedecký poradca (a bývalý nacista) doktor Divnoláska, ktorý hovorí, že také zariadenie je úplne zrealizovateľné, ale bolo by efektívnou zastrašujúcou zbraňou iba vtedy, keby o ňom vedeli aj ostatné krajiny. Na to ambasádor de Sadeski odpovedá, že premiér mal v pláne oznámiť existenciu zbrane posledného súdu budúci týždeň na stretnutí komunistickej strany.

Armáde spojených štátov sa po neľahkých bojoch podarí poraziť vojakov generála Rippera a ovládnuť celú základňu. Generál však spácha samovraždu predtým, ako sa armáde podarí dostať k nemu a získať kód na odvolanie útoku. Kapitánovi Mandrakovi sa však podarí z konverzácií s Ripperom vydedukovať, že odvolací kód je "POE", anagram fráz "Purity of Essence" (čistota esencie) a "Peace on Earth" (mier na zemi). Telefonicky ho predá prezidentovi Muffleymu a ten úspešne odvolá všetky bombardéry.

Krátko po odvolaní útoku je prezident a jeho štáb informovaný o tom, že jeden bombardér je nezvestný. Sovietskej protilietadlovej rakete sa podarilo zasiahnuť bombardér majora Konga a poškodiť nielen ich palivovú nádrž, ale i komunikačnú jednotku, takže nidky nedostali odvolávací kód. Major Kong kvôli rapídne sa znižujúcej zásobe paliva zmení smer letu a vyberie nový cieľ útoku. Američanom a ani Sovietom sa nedarí lokalizovať Kongov bombardér, ktorému sa nakoniec podarí zhodiť bombu na nový cieľ.

Doktor Divnoláska navrhuje, aby vybrali niekoľko stoviek tisícov amerických občanov, ktorí by mohli začať obývať podzemné banské šachty. Tiež navrhuje pomer 10 žien na jedného muža, aby tam mohli splodiť čo najviac detí a osídliť svet keď nukleárna radiácia pominie. Generálom sa tento plán veľmi zapáči a pri tom, ako ho doktor Divoláska opisuje sa mu podarí vstať z jeho invalidného vozíka, na čo zakričí "Mein Führer, ja chodím!"

Hneď potom sa aktivuje zbraň posledného súdu a celú Zem pokrývajú nukleárne explózie.

• Peter Sellers ako kapitán Lionel Mandrake, president Merkin Muffley, Dr. Strangelove
• George C. Scott ako generál "Buck" Turgidson
• Sterling Hayden ako generál Jack Ripper
• Slim Pickens ako major Kong
• Sterling Hayden ako plukovník Guano
• Peter Bull ako ambasádor Alexi de Sadesky