Alors que les forces alliées s'approchent rapidement de l'Allemagne nazie, une petite troupe de personnel militaire et de politiciens forme une alliance secrète visant à destituer Hitler. Le colonel Stauffenberg (Tom Cruise) est recruté dans ce groupe après un incident en Afrique du Nord qui lui a coûté son œil gauche et sa main droite. Douloureusement conscient des pertes humaines allemandes sous le règne d'Hitler, Stauffenberg facilite un plan impliquant la mise en place d'un coup d'État sous couvert de l'ordonnance Valkyrie d'Hitler (d'où le titre du film). Pour que le plan fonctionne, Stauffenberg et ses co-conspirateurs doivent obtenir l'aide du général Friedrich Fromm (Tom Wilkinson), un haut responsable nazi ayant ses propres ambitions de pouvoir ; et infiltrer le highly protected Wolf's Lair d'Hitler. Comme beaucoup d'entre vous le savent probablement, le complot pour assassiner Hitler ne se déroule pas comme prévu, et la tragédie qui en résulte constitue le vrai cœur du film.