ソ連からの不確かな諜報情報が届く中、レッド・オクトーバーの目的について悩むアメリカ政府上層部であったが、ライアンはラミウスの意図が亡命であると見抜く。海軍上層部はライアンの予想を否定するものの、国家安全保障担当の大統領補佐官ジェフリー・ペルトはライアンにその仮説を確認するための3日間の猶予を与える。そしてライアンはかつての事故のトラウマにより苦手な飛行機に乗せられ、大西洋の真ん中にある空母「エンタープライズ」へと派遣される。

一方、レッド・オクトーバーは順調に進んでいるように見えたが、内部にGRUと思われる要員が密かに潜り込んでおり、「キャタピラー・ドライブ」への破壊工作が発生する。「キャタピラー・ドライブ」を修復するためにやむを得ず通常航行にするが、その航行音によってソ連の哨戒機に発見され、魚雷攻撃を受ける。これは避けるものの、亡命の意図を知らない下士官や乗務員たちの間に不安が広がる。また、遅れながら撃沈命令を知ったツポレフは、ラミウスの航行ルートを正確に予測し、猛追する。同じく、ダラスのソナー技術者であるジョーンズは、水中音響ソフトを使ってレッド・オクトーバーを探知する方法を発見し、その軌跡から航行ルートを予測し、先回りすることをマンキューソ艦長に進言する。

レッド・オクトーバーを捕捉できず、業を煮やしたソ連政府は外交ルートを通じてアメリカ政府に「ラミウスが錯乱し、アメリカにミサイル攻撃を行おうとしている」と嘘をつき、アメリカ軍からも撃沈させるように仕向ける。猶予が無い中、ライアンはラミウスの亡命計画の中身を予測し、彼らと接触するために、荒れた海の中をレッド・オクトーバーを追跡中のダラスへと乗り込む。ライアンは、ソ連の嘘の情報を信じるマンキューソを説得すると、発見したレッド・オクトーバーに古典的なモールス信号を使って亡命の意図を察知していることや、それに協力する意志があることを伝える。内心で安堵するラミウスは、当初の計画通り、原子力事故による放射能汚染が艦内に起きたように見せかけて、亡命計画を知らない下士官や一般兵たちを避難させるという形で海上へ出て艦外へと追い出す。そこにアメリカのペリー級ミサイルフリゲート「ルーベン・ジェームズ」がやってくると、ラミウスと彼の子飼いの士官たちは放射能汚染されていることになっている艦内に戻り、自分たちで迎撃すると嘘をつき、潜航する。ルーベン・ジェームズにはグリーアなどが乗り込んでおり、SH-60B艦載ヘリコプターによってレッド・オクトーバーの下士官や一般兵たちへの欺瞞工作として短魚雷攻撃を行うと、ルーベン・ジェームズ側からの遠隔操作によって命中前に魚雷を自爆させた。

ライアン、マンキューソ、ジョーンズの3人はDSRVを使ってレッド・オクトーバーに乗り込む。ラミウスと部下たちは彼らを快く迎え入れ、正式に亡命の意志を伝える。そこに追いついたコノヴァロフが魚雷攻撃をしてくる。更には例のGRUの要員がまだ艦内に残っており、銃撃によってボロディン副長が死亡し、さらにはレッド・オクトーバーをアメリカに渡すまいと大量のSLBMがあるミサイル庫を爆破して沈めようとしていた。同じく負傷したラミウスを残し、ライアンは単身でミサイル庫に乗り込んでGRUの工作員を追い詰めてこれを射殺し、危機を救う。また、コノヴァロフの攻撃も加勢してきたダラスの副長らの攪乱作戦やラミウスの代わりにレッド・オクトーバーを指揮していたマンキューソの手腕によって失敗に終わり、逆にコノヴァロフがレッド・オクトーバーによって誘導されてきた魚雷によって撃沈される。このコノヴァロフの撃沈がレッド・オクトーバーが撃沈されたものと誤解されたことによってアメリカとソ連の外交問題は発生せずに済み、ラミウスらの亡命も成功した。

ソ連に探知されないために、ライアンの策によってレッド・オクトーバーは夜半のメイン州ペノブスコット川（英語版）[注釈 3]を遡上する。そこでラミウスは、ライアンに感謝しつつ、ソ連政府がレッド・オクトーバーを使ってアメリカへの無差別核攻撃を計画していることを知り、嫌気が差して亡命したと明かす。また、ラミウスがクリストファー・コロンブスの言葉「海は人々に新しい希望をもたらす」[注釈 4]を引用すると、ライアンは同意し「新世界へようこそ」と返す。

すべてが終わり、家族が待つ家へと帰る飛行機の中で、満足そうに眠るライアンのシーン[注釈 5]で幕を閉じる。
登場人物
ソ連ミサイル原潜（SSBN）「レッド・オクトーバー」

マルコ・ラミウス大佐[注釈 6]（艦長） - ショーン・コネリー