Пегги Картер — бывшая девушка капитана Америки и агент Стратегического научного резерва, последней линии обороны Америки. Правда, на работе она лишь подшивает файлы: ведь Пегги женщина, а более серьезную работу женщине доверить нельзя. По крайней мере, так думают все мужчины в ее отделе, ведь на дворе 1946 год. Однако Говард Старк, изобретатель, торговец оружием и миллионер, думает иначе. Его обвиняют в государственной измене и сотрудничестве с врагом, но Говард надеется, что Пегги по старой дружбе поможет ему и очистит его имя. Правда, ей придется работать втайне от своих коллег, поскольку все они убеждены, что Говард — предатель. Помогать Пегги будет Эдвин Джарвис, дворецкий Говарда, привыкший разрешать крайне деликатные проблемы своего хозяина, но в шпионском деле новичок. Для начала Пегги и Эдвину нужно найти пропавшую формулу разработанного Говардом нейротриптилина: взрывчатого вещества, легко способного сравнять с землей весь Манхэттен.

Пегги Картер ищет новую квартиру и между делом продолжает расследование, надеясь раскрыть личности тех, кто ограбил Говарда Старка, и узнать больше про таинственный Левиафан. Следующая зацепка — молочный фургон, на котором преступник сбежал с завода Роксон. Коллеги Пегги идут по тому же следу, но она всегда на шаг впереди. Вот только они все ближе подбираются к ней: у них есть фотографии блондинки из казино, да и свидетели все чаще упоминают некую женщину...

Пегги Картер обживается в новом жилище с весьма чопорной хозяйкой, ставящей мораль и благочестие превыше всего. К тому же она, кажется, наконец вышла на след водителя фургона, но тут ее расследование прерывается маленькой неприятностью: выяснив принадлежность автомобильного номера на месте взрыва, коллеги Пегги берут Эдвина Джарвиса под арест с намерением узнать что-нибудь о Старке. Эдвин не большой мастер терпеть допросы, и, кажется, вот-вот расколется — если только Пегги срочно не придумает, как спасти положение.

Говард Старк тайно возвращается в Соединенные Штаты. Он хочет вернуть одно из своих изобретений себе — ведь даже оставлять его в руках СНР слишком опасно. Но, разумеется, Говарду нельзя показываться, поэтому кражей займется Пегги. А он пока поживет у нее в квартире и поближе познакомится с новыми соседками, ведь некоторые из них — очень интересные личности.

На конфискованную печатную машинку приходит шифрованное сообщение. Пегги удается разгадать шифр: речь идет о сделке между Левиафаном и Говардом Старком. Обмен должен произойти в лесу Марьина горка, Беларусь. СНР немедленно отправляет туда отряд под началом Джека Томпсона — и Пегги, несмотря на все его протесты, летит с ними. На месте агентов уже ждут старые друзья Пегги — Дум-дум Дуган и остальные члены Ревущей команды, вместе с которыми Пегги прошла всю войну плечом к плечу. Дуган не верит в причастность Старка к сделке — и, в таком случае, отряд направляется прямо в ловушку. Что ж, этим ребятам к ловушкам не привыкать.

Агент Картер убеждена, что Говарда Старка подставила и обокрала девушка-шпионка, выпускница той школы агентов, которую Пегги нашла в Беларуси. Шеф Дули предлагает ей, раз уж она так уверена, самой проверить эту гипотезу. Но только окрыленная Пегги приступает к расследованию своей версии, агент Суза, наконец, заканчивает расследование своей и выясняет, что блондинкой в клубе — а значит, наверняка, и шпионкой — была именно Пегги. Теперь за ней охотится и СНР, и Левиафан. Удастся ли агенту Картер уйти от преследования?

Бывшие коллеги успешно поймали Пегги и вовсю ее допрашивают, но она на удивление стойко держится и отказывается раскрывать им свои зловещие планы. Может, потому, что никаких планов и нет? В такую версию агенты поверить пока не готовы. На помощь агенту Картер приходит Джарвис — с признанием мистера Старка, в котором тот раскаивается и принимает вину за произошедшее на себя. Такого шага со стороны Говарда, конечно, никто не ожидал — даже он сам. Между тем, доктор Ивченко ведет свою игру, и чтобы поиграть с ним, надо просто сфокусироваться.

Агенты обнаруживают результат эксперимента доктора Ивченко и быстро понимают, что это лишь проба пера. Действительной целью доктора, как можно предположить, станет Таймс-сквер, ведь сегодня — День победы, и сотни тысяч жителей Нью-Йорка вышли на праздничную прогулку. Но как найти доктора и Дотти прежде, чем они нанесут удар? Кажется, что предложить решение может лишь поистине блестящий ум, и теперь у них как раз есть один такой — ведь мистер Старк пришел сдаться с повинной.

Время не стоит на месте, и в Стратегическом научном резерве тоже происходят перемены. Шеф Суза отправляется формировать новое отделение СНР в Лос-Анджелесе, оставив за главного агента Томпсона. После долгих поисков Томпсону и агенту Картер удается, наконец, поймать Дотти Андервуд. Но прежде чем ей удается даже допросить ненавистную противницу, Пегги вызывают в Лос-Анджелес помочь Сузе с новым запутанным делом — полиция нашла тело женщины, вмерзшее в заледеневшее посреди лета озеро. В аэропорту ее встречает старый друг — дворецкий Говарда Старка Эдвин Джарвис, который устал собирать для своего хозяина экзотический зверинец и надеется, что визит Пегги сулит ему новые захватывающие приключения. И приключения не заставят себя ждать.

Пегги ближе знакомится с женой Джарвиса Анной и с новой девушкой шефа Сузы Вайолет, а между делом узнает больше о нулевой материи, которую доктор Уилкс изучает в «Изодин Энерджи». Расследование продолжается, и даже бывшие соратники предлагают хозяину компании Кэлвину Чедвику забыть о научной революции и сфокусироваться на предвыборной гонке, предварительно избавившись от лаборатории и излишне говорливых сотрудников вроде доктора Уилкса. Однако жена Кэлвина, похоже, отступать от проекта вовсе не собирается.

«Изодин Энерджи» продолжает заметать следы и посмертно объявляет доктора Вилкса главным виновником аварии и агентом советской разведки. Внезапно нагрянувший из Нью-Йорка шеф Томпсон просит Пегги согласиться с их версией, но она не позволит очернить имя хорошего человека и доброго друга. Помимо этого Пегги понимает, что взрыв в лаборатории каким-то образом повлиял и на нее: вокруг нее образуется какая-то магнитная аномалия. Помочь здесь сможет только Говард Старк, который сейчас находится в разгаре съемок своего нового фильма.

Пегги берет бессрочный отпуск и теперь может провести столько времени в Лос-Анджелесе, сколько ей вздумается. Однако она вовсе не намерена отдыхать. Пегги хочет достать информацию о членах клуба Арена, и самым логичным способом представляется похитить и допросить начальника безопасности клуба и по совместительству наемника, чуть не лишившего Пегги жизни. Впрочем, шефу Сузе подобный план логичным нисколько не кажется. Тем временем мисс Фрост обучается владению своими приобретенным способностями.

Чтобы помочь доктору Вилксу, Пегги нужно достать тело Джейн Скотт, утопленницы из озера. Однако Сидни Фрост удается ее опередить. Продолжая постигать способности нулевой материи, Сидни решает повторить первоначальный эксперимент. Для этого ей нужна атомная бомба. На этот раз Пегги во что бы то ни стало должна опередить Сидни, но в одиночку ей не справиться — и, поскольку СНР под колпаком у Совета, приходится искать не самых очевидных союзников.

Доктору Вилксу становится все хуже. Вернуть его можно только с помощью нулевой материи, и Пегги разрабатывает дерзкий план: достать материю из образца крови Уитни Фрост. Но вначале образец нужно взять, а раненая Пегги не готова к такой операции. Союзников становится все меньше, и агенту Картер ничего не остается, кроме как заручиться поддержкой старой соперницы. Тем временем Кэлвин Чедвик устраивает для жены аудиенцию у Совета. Однако все идет не так, как ожидал кто-либо из участников.

Дотти Андервуд сбежала, и Пегги намерена во что бы то ни стало ее разыскать. Но пока Джарвис чинит передатчик, Пегги и Анна могут завершить эксперимент и вернуть доктору Вилксу материальную форму. Тем временем Уитни Фрост рассуждает, как бы использовать Дотти в своих целях, и наводит порядок в своей новоявленной организации, а шеф Суза сталкивается с новыми проблемами в управлении СНР.

Врачи борются за жизнь Анны, а Эдвин переосмысляет свои приключения с мисс Картер. Уитни Фрост убеждает доктора Вилкса, что ему лучше быть ее союзником, нежели пленником. Говард Старк разработал специальное оружие, способное уничтожить нулевую материю, но прежде всего Пегги нужно спасти друга. Для этого она разрабатывает дерзкий план: предложить Фрост урановые стержни в обмен на его свободу. Каждая сторона намерена провести другую, но настоящий подвох, как водится, скрыт там, где его никто не ждет.

Пегги и Эдвину удается сбежать из нежданного плена, но теперь им предстоит выбраться из бескрайней пустыни, а также из запутанного клубка взаимного недовольства. Томпсон понимает, что Вернон его подставил, и предлагает Сузе и Сэмберли подставить его в ответ. Все вместе они предлагают Вернону подставить Уитни Фрост. Впрочем, Томпсон радостно подставляет всех вновь и предлагает Уитни подставить всех в ответ; однако, кажется, Томпсон намерен подставить всех еще раз.

План Томпсона провалился и, казалось бы, героям пришел конец, но внезапно вернувшийся Говард Старк всех спасает. Будучи старым другом давнего врага Пегги, Старк предлагает новый план — не мешать Фрост открыть новый раскол, а сделать это раньше нее и встретить врага на своих условиях. Но кроме победы над врагом, Пегги нужно еще помириться с доктором Вилксом и наконец определиться, кому из двоих претендентов на ее сердце она намерена ответить взаимностью.