После полета Юрия Гагарина Советский Союз вошел в раж и задумал окончательно отправить Америку в военно-технический нокаут. Для этого в Северодвинске к бою готовится флагман советского подводного флота — атомная лодка «К-19». Аналогов ей не существует в мире, и это едва ли не самое совершенное чудо техники по состоянию на 1961 год.
На верфи еще не закончена клепка, а внутри лодки уже идут учения под наблюдением адмирала. Лодка маневрирует, погружается и поражает цель. И все бы прошло на ура, но в кульминационный момент учений перегорает какой-то плохенький предохранитель, от которого, в общем-то, зависит, запустит лодка ракету или нет. Ситуация некрасивая, адмирал в недоумении и требует найти виновных, а командир лодки Михаил Поленин (Лиам Нисон) в запальчивости наговаривает ему много лишнего. Это объективно характеризует его как человека неуравновешенного — ну куда ему подлодкой командовать.
С другой стороны, сложно тут быть уравновешенным, когда Москва требует скорейшего спуска «К-19» на воду только лишь потому, что Хрущеву уже наобещали, как американцы через месяц обделаются от зависти, увидев эдакую махину. При этом на верфи все знают, что лодка, во-первых, не готова, во-вторых, будто сделана в Китае по самому дешевому заказу, а в-третьих, вообще какая-то несчастливая.
Из Москвы командовать экипажем «К-19» присылают капитана второго ранга Алексея Вострикова (Харрисон Форд). Ему ставят задачу покрасоваться лодкой перед американцами и запульнуть пару ракет, однако Востриков тоже не разделяет военного азарта высшего руководства. Но по крайней мере с дисциплиной у него дело обстоит получше, чем у Поленова.
С божьей помощью «К-19» все-таки отправляется в плавание, при этом все, от матроса до старпома (авторитет Поленова у экипажа еще пригодится, поэтому его не списывают на берег, а назначают старшим помощником командира), считают за большую удачу вернуться домой живыми.
Небрежная сборка субмарины, пять несчастных случаев на верфи с летальным исходом, наконец нелепая смерть судового врача — все предвещало беду.
Вообще почти невозможно себе представить, что во время гонки вооружений полувековой давности техническое исполнение сложнейших машин может быть настолько халтурным, однако по версии создателей фильма именно это и привело к аварии на борту «К-19». Система охлаждения атомного реактора ломается в самый неподходящий момент — когда в нескольких милях от лодки оказывается американский эсминец. Если не устранить поломку с помощью подручных средств, то реактор рванет так, что не только от лодки — от вражеского эсминца ничего не останется. А это уже начало атомной войны. Есть еще вариант: сдаться на милость американцам и оставить им гордость советского подводного флота, но такая мысль приходит в голову лишь перетрусившим мичману и замполиту.
Экипаж оказывается перед выбором — или проявить сообща героизм и доказать самим себе и америкашкам, чего стоит русский солдат (в данном случае — матрос), или малодушно сдаться врагу и попытаться сохранить свои жизни (если реактор к тому моменту еще не рванет). Что бы они ни решили — страна все равно не узнает об этой невыдуманной истории, слишком уж все засекречено, так что осуждения своего выбора им можно не бояться.