Résumé
Le MI6 reçoit un message d'une secrétaire russe du consulat soviétique à Istanbul, Tatiana Romanova (Daniela Bianchi), leur proposant de leur apporter un décodeur top secret appelé Lektor, à condition qu'on l'aide à fuir à l'ouest. En réalité, elle a été engagée sans le savoir par Rosa Klebb (Lotte Lenya), membre important du SPECTRE et ancien colonel du KGB, afin d'éliminer James Bond (Sean Connery), qui est la cause de la chute d'un de leurs meilleurs éléments, le docteur No (voir James Bond contre Docteur No).
James Bond est donc envoyé à Istanbul où il prend contact avec l'agent local du MI6, Kerim Bey (Pedro Armendariz). Avec son aide, il parvient à contacter la secrétaire en question et à s'emparer du Lektor. Prenant l'Orient Express en direction de l'ouest, Bond accompagné de Tatiana et Kerim Bey ne se doutent pas qu'ils sont suivis par Red Grant (Robert Shaw), un tueur à la solde du SPECTRE chargé d'éliminer Bond. Il tue d'abord Kerim Bey puis, à l'escale de Zagreb, se présente à 007 et lui dit être le contact du MI6 qui doit l'aider à passer la frontière yougoslave.
Lors du dîner, dans l'Orient Express, il commence d'abord par droguer Tatiana en versant une drogue dans son vin. Puis, après que les deux hommes aient ramené la Soviétique à sa cabine, il assomme Bond. Lorsque celui-ci se réveille, Grant lui déclare qu'il travaille pour le SPECTRE, qu'il l'exécutera puis qu'il ramènera le Lektor à son organisation. Bond lui propose 50 souverains d'or, cachés dans sa valise, contre sa vie sauve. Mais la valise est piégée, et du gaz lacrymogène en sort au moment où le tueur à gages tente de l'ouvrir. Bond en profite pour se jeter sur lui et, après une rude bataille, parvient à le tuer.
Au petit matin, le train s'arrête en pleine campagne. Bond et Tatiana, toujours à moitié endormie, en sortent et l'agent secret parvient à s'emparer du camion devant récupérer Grant après son forfait. Le SPECTRE tente alors par tous les moyen de l'arrêter, d'abord en essayant d'intercepter le camion, puis en l'attaquant en pleine mer alors qu'il tente de rejoindre Venise en canot à moteur. Tout se termine cependant à l'avantage de Bond.
À l'hôtel de Venise où Bond et Tatiana peuvent enfin se relaxer, ils sont cette fois attaqués par Rosa Klebb elle-même, déguisée en femme de chambre et qui a décidé de prendre les choses en main. Chacune de ses chaussures contient une lame à cran d'arrêt recouverte de poison. Elle tente de piquer Bond mais Tatiana l'abat à coup de pistolet avant qu'elle ne parvienne à ses fins. Le film se termine alors que Bond et Tatiana s'embrassent, bien installés dans une gondole vénitienne.
