За уничтожение лагеря штурмбанфюрера Ноймана Евгению Звонареву, ведущего пилота женского авиаполка, награждают орденом Кутузова. Но успеху этой операции Женя обязана своей подруге Гале Шевченко, в недавнем времени - лучшей ночной бомбардировщице. За срыв боевого задания ее разжаловали в механики до вынесения приговора трибуналом. Теперь Жене предстоит крайне опасное дело - уничтожить вражескую станцию с боеприпасами и горючим. Решено привлечь к операции диверсионную группу под руководством капитана Александра Макеева.

Женя просит Марину Раскову заступиться за Галю. Раскова отдает приказ освободить Шевченко из-под трибунала и восстановить в должности штурмана под началом Звонаревой. Макееву и его группе предстоит выкрасть секретные документы у курьера, охраняемого кортежем из двадцати автоматчиков в грузовиках. Для выполнения задания привлекают отважных летчиц, которые должны нанести бомбовые удары по объектам и отвлечь внимание охраны.

Из немецкого тыла бежит советский разведчик, долгое время работавший под именем майора Феллера. У него на руках секретные документы, содержащие информацию о планах укреплений и мин всего вражеского фронта. Разведчику удается примкнуть к партизанам, но отряд попадает в ловушку. Командование решает объединить группы Макеева и Звонаревой. Диверсанты должны захватить импровизированный немецкий аэродром, а девушкам предстоит совершить посадку в немецком тылу и доставить Феллера в штаб.

Из армейского штаба прибывает генерал Ненароков. Командованию поступила информация о секретном объекте, на котором испытывают химическое оружие. Союзники СССР согласны поддержать ультиматум руководству Германии об ответном применении химического оружия, но нужны доказательства того, что вермахт готов пустить в ход отравляющие вещества. Воздушной разведке необходимо добыть сведения о секретном объекте и найти слабое место в кольце немецкого окружения.

Группа Макеева спасает из зоны испытаний химического оружия пленного солдата Смереко. Он был в числе испытуемых и смог выжить благодаря украденной защитной маске. Смереко сообщает о массовом отравлении и гибели людей, среди которых немало женщин и детей. Звонарева предлагает уничтожить зону с воздуха. Но Ненарокову нужны веские доказательства проводимых экспериментов. Шевченко предлагает пройти над озером с теплым источником на минимальной высоте и десантировать разведчиков в воду без парашютов. Операция рискованная, но другого выхода нет.

Отличившихся в ходе операции разведчиков и летчиц в составе шести человек командируют в столицу для представления к наградам. Затем орденоносцам предстоит недельный отдых в пансионате, принимающем самых высокопоставленных гостей. В это время немецкие диверсанты под видом командира и радиста транспортного самолета, на котором полетят разведчики, готовят операцию по их ликвидации с целью проникновения в пансионат. Задача немцев - уничтожение командного состава советской армии.