A medida que las fuerzas aliadas se acercan rápidamente a la Alemania nazi, un pequeño grupo de personal militar y políticos forma una alianza secreta con el propósito de derrocar a Hitler. El coronel Stauffenberg (Tom Cruise) es reclutado en este grupo tras un incidente en el Norte de África que resultó en la pérdida de su ojo izquierdo y su mano derecha. Desconsolado por la pérdida de vidas alemanas bajo el régimen de Hitler, Stauffenberg facilita un plan que implica la puesta en escena de un golpe de Estado bajo el disfraz de la orden de la Valkiria de Hitler (de ahí el nombre de la película). Para que el plan funcione, Stauffenberg y sus co-conspiradores deben obtener la ayuda del general Friedrich Fromm (Tom Wilkinson), un nazi de alto rango con su propia agenda de poder; e infiltrarse en la altamente protegida Guarida del Lobo de Hitler. Como muchos de ustedes probablemente saben, el complot para asesinar a Hitler no sale como estaba planeado, y la tragedia resultante es el verdadero núcleo de la película.