1989年,杰克·泰瑞托在一场赛车比赛中遭遇车祸,车子突然失控,被对手撞飞后起火,不幸身亡,在旁辅佐的两个儿子雅各和唐姆尼克亲眼目睹他出事的瞬间。
回到现在,当·列度与妻子莉蒂、儿子布莱恩在乡下过着宁静的隐居生活。突然,一辆神秘的轿车出现,唐老大担心这是仇家找上门,与莉蒂端起了枪,结果发现是老朋友罗曼带着泰吉和拉姆西前来登门拜访。拉姆西向大家展示了无名氏先生从飞机向他们发来的求救信息,对方称遭到了神秘特工袭击,要求他们组建特别行动小组,原因之后再解释。经过调查,事发时塞弗就在飞机上,她原先被无名氏先生抓走,但中途趁着袭击的空当控制了飞机,导致飞机坠毁在墨西哥蒙特昆托(Montequinto)山区一处军方控制的地带。唐老大一心想照顾家庭,毅然拒绝了前往营救无名氏先生的任务。但是,莉蒂希望加入这项任务,临走前她向唐老大和布莱恩道别。最终,后来求救影片中隐藏着十字架标志,他回想起自己曾见过类似的照片,于是决定加入任务。
在蒙特昆托,一行人循着求救信号的方向寻找飞机的踪迹,找到了失事飞机的残骸,但没有找到无名氏先生的踪影,倒是从上面拿到一个神秘装置,但在敌人的包围下,雅各布抢走这个装置。原来,雅各布与某国元首之子奥托,利用电磁干扰技术拦截了飞机,劫走塞弗。他让塞弗从特工局的保险处夺取装置的另一半,从中解密数据。
一行人来到里海,找到无名氏先生的秘密基地,准备对付雅各布,蜜雅知道哥哥雅各的行动,也闻讯赶来。经过一番破解,拉姆西发现机上的装置是白羊座计划(Project Aries)的产物,由无名氏先生保管,是用来攻击计算机设备的电子武器,若运行在军用卫星上,可以迅速控制任何大型杀伤性武器。由于后果严重,这个装备的原型机分为两部分,需要密钥激活,但密钥目前不知所踪。唐老大决定让大家分头行动,特尔佳表示无名氏先生提到有个人或许知道密钥的下落,就是大家都以为他于东京出车祸死掉的韩。莉蒂和蜜雅决定去找韩,唐老大将韩去世时寄到给他的明信片给莉蒂,指示他前往印戳的地址东京,自己则去找一位老朋友帮忙,他就是父亲的经纪人、曾接济过雅各的巴迪,巴迪透露雅各身在伦敦。
在日本东京,蜜雅和莉蒂循着明信片上的墨西哥风景,找到了韩的住所,在住所发现一名神秘日本女子。韩在暗处狙击,帮助三人挡下入侵者的攻击。罗曼和特尔佳来到德国科隆的雅恩喷气推进试验场(Jahn Jet Propulsion Test Site),寻找用火箭发动机推进的车辆。唐老大来到伦敦,找到老对手戴克和欧文的母亲奎妮,想从她口中问出雅各的动向,对方说雅各联系她购买军火,准备在爱丁堡大干一场。唐老大闯进奥托的外国大使馆,找到雅各,劝他收手,但被国际刑警阻止,不过所谓的国际刑警是奎妮安排的娘子军。
装置的另一半藏在爱丁堡圣吉尔斯大教堂的地下室,戒备森严,奥托和雅各派出一队人马前去抢夺,但唐老大一方仍不知道地下室的位置,且面临奥托的电磁干扰。不过,罗曼和特尔佳在教堂附近找到一辆装着电磁干扰装置的小货车,此时奥托已成功得手。不谙驾驶之道的拉姆西开走货车,和唐老大一起追赶雅各,最终成功拿下电磁干扰装置和雅各布。韩来到秘密基地,与众人重逢,他向大家透露了自己的过去:女友吉赛尔之前跟她约定一起定居东京,直至她在第六集为了救他牺牲自己,美好生活彻底破灭。后来无名氏先生找到他,安排他去一对科学家夫妻的家中,偷走白羊座计划的秘密设备。任务中,他发现无名氏先生的手下叛变,也在觊觎着这种技术,手下安排人利用汽车炸弹炸死了科学家夫妇,准备抢夺设备。慌乱之中,韩救走了夫妻留下的小女儿艾丽。后来,无名氏先生帮助韩在戴克·萧袭击他的车祸现场伪造了他的死亡。
之后奥托派人突入秘密基地,救走雅各,此时雅各透露自己就是那位叛变的特工,又说自己当年故意害死父亲,希望借此摆脱自己债务。临走前,雅各带走了艾丽,准备利用艾丽DNA中的密钥,激活装置。唐老大启动电磁装置,突破敌人的围攻,之后独自一人留下来抵挡敌人,为其他同伴争取逃脱时间。唐老大落入水中产生幻觉,回想起父亲当年对自己与弟弟的谆谆教诲,也回眸了弟弟动手制造车祸前的艰难抉择。莉蒂跳入水中,救走唐老大。
拉姆西估计雅各会利用中继卫星攻击其他卫星,从而控制全球的杀伤性武器,唐老大计划亲自上太空拦截。最终,罗曼和特尔佳开着一辆装有火箭推进器的汽车(由尚恩·鲍斯威提供),在飞机的带领下飞上太空。与此同时,奥托在第比利斯的一座航天发射场,发射了用来入侵其他军用卫星的中继卫星,雅各带上艾丽,在武装护卫队的保护下,在一辆装卫星通讯甲车中准备激活卫星。唐老大等人上前拦截,在第比利斯的街头展开一场追逐战。与此同时,在太空中的罗曼干扰了卫星信号,对方的塞弗也加入战局。雅各回心转意,加入唐老大一方。唐老大启动电磁设备,沿路吸附车辆,希望撞破装甲车前进。之后,雅各和唐老大用牵引线从左右夹攻,将装甲车翻了个天。卫星数据即将完成传输罗曼和特尔佳眼看着要进入攻击范围,结果车上的设备断电宕机,情急之下,罗曼直接将卫星撞破,彻底中断传输。塞弗亲自驾驶无人机,用导弹瞄准卫星车,要消灭唐老大,但唐老大及时跳车逃生,塞弗因而没有得逞。
事后,唐老大将自己的车交给雅各,让他逃跑。罗曼和特尔佳来到国际空间站寻求帮助,唐老大带着布莱恩去看父亲出事的赛道,回忆起自己在父亲出事后,在场边安慰悲伤的雅各。韩和艾丽来到唐老大家,就在一大家庭在晚餐前虔诚祈祷时,拜仁·奥康纳驾驶他的蓝色日产Skyline来到。