Februar 1945, Berlin. Die Streitkräfte des Dritten Reichs erfahren katastrophale Verluste im Zweiten Weltkrieg gegen die Alliierten; eine Niederlage ist nur eine Frage der Zeit. In diesem Wirrwarr lebt und arbeitet Max Otto von Stierlitz, SS-Standartenführer im Dienst des RSHA unter dem Kommando von Walter Schellenberg. Stierlitz ist seit den 1920er Jahren Mitglied der NSDAP, ein zuverlässiger Kader, stets korrekt und penibel – doch was die meisten nicht wissen: in Wirklichkeit ist Stierlitz der sowjetische Spion Maxim Issajew, der seiner Arbeit „in der Höhle des Löwen“ nachgeht.
Stierlitz bekommt einen Auftrag aus Moskau. Jemand aus der deutschen Führung versucht einen Keil zwischen die Alliierten zu treiben und einen separaten Friedensvertrag auszuhandeln. Es sind vier unter Verdacht: Hermann Göring, Heinrich Himmler, Joseph Goebbels und Martin Bormann.
Stierlitz macht sich dran, den Verdächtigen auszufinden. Derweil wird seine Person dem Chef des Reichssicherheitshauptamtes, Ernst Kaltenbrunner, verdächtig: Viel zu oft scheitern Missionen, bei denen Stierlitz seine Finger im Spiel hatte. Er beauftragt Heinrich Müller, den Chef der Gestapo, damit, Stierlitz zu überprüfen. Stierlitz ist derzeit dabei, Mitstreiter anzuwerben, die unverdächtig nach Bern kommen können, wo die Friedensgespräche (im Rahmen der sogenannten Operation Sunrise) zwischen dem Unterhändler der Alliierten, Allen Welsh Dulles und dem General Karl Wolff im Gange sind. Zwei der angeworbenen Personen sind der Professor Werner Pleischner, dessen Bruder sich lange Zeit im Kampf gegen das Naziregime engagiert hatte, sowie der Pfarrer Schlag, der Kontakte zum ehemaligen Minister Krause hat. Die beiden werden in die Schweiz geschickt. Pleischner wird von Agenten der Gestapo entlarvt und begeht Selbstmord; Schlag hat mehr Erfolg und findet Details über die Verhandlungen heraus.
Als Stierlitz sich sicher ist, dass die Initiative zu einem Separatfrieden von Himmler ausgeht, setzt er sich mit Martin Bormann in Verbindung, um die Bonzen des Führers gegeneinander auszuspielen. Jedoch bekommt er selbst Probleme mit Müller. Auf dem Funkkoffer der befreundeten Residentin, der Funkerin Kät, mit der Stierlitz im Kontakt stand, werden seine Fingerabdrücke entdeckt. Derweil ist Kät in Gewahrsam der SS. Als ihr neugeborenes Kind Folterungen unterzogen wird, wird sie vom deutschen Frontsoldaten Helmut gerettet. Um ihr die Flucht zu ermöglichen, rettet er Käts Leben.
Stierlitz schmuggelt Kät über die Schweizer Grenze aus Deutschland heraus; die Verhandlungen zwischen Himmler und den Westalliierten sind vereitelt. Stierlitz jedoch sitzt im Wagen Richtung Berlin. Es sind noch zwei Monate bis Kriegsende.
