Los primeros capítulos del libro se describen completamente desde el punto de vista soviético, y una gran parte del libro transcurre antes de que Bond aparezca. SMERSH, la agencia de contraespionaje soviética, planea cometer un gran acto de terrorismo en el campo de la inteligencia. Para ello apuntan al agente del servicio secreto británico James Bond. Debido en parte a su papel en la derrota de Le Chiffre, el Sr. Big y Hugo Drax, Bond ha sido listado como un enemigo del estado soviético y una "sentencia de muerte" ha sido emitida hacia él. Su muerte está planeada para precipitar un escándalo sexual que será reportado a través de la prensa mundial durante meses, dejando su reputación y la reputación de su servicio en jirones. El potencial asesino de Bond es el verdugo de SMERSH Red Grant, un psicópata cuyos impulsos homicidas coinciden con la luna llena. Kronsteen, ajedrecista y planeador maestro de SMERSH y la coronel Rosa Klebb, jefe de operaciones y ejecuciones, diseñan la operación. Persuaden a una joven y atractiva cabo, Tatiana Romanova, a desertar falsamente de su puesto en Estambul, afirmando que se ha enamorado de Bond después de ver su fotografía en un archivo. Como un incentivo adicional, Tatiana proporcionará a los británicos con un Spektor, un dispositivo decodificador ruso muy codiciado por el MI6. Pero no se le informa de los detalles del plan.
Una oferta por el Spektor es recibida posteriormente por el MI6 en Londres, ostensiblemente de Romanova y contiene la condición de que Bond debe recogerla a ella y a la máquina en Estambul. El MI6 no está seguro de la historia de Romanova, pero el premio del Spektor es demasiado tentador como para ignorar y el superior de Bond, M, le ordena ir a Turquía y encontrarse con ella. Bond se reúne y rápidamente forma una camaradería con Kerim Bey, jefe de estación del servicio británico en Turquía. Kerim lleva a Bond a una comida con algunos gitanos, en que presencian una brutal pelea entre dos mujeres, interrumpida por el ataque de agentes soviéticos. En represalia, Bond ayuda a Kerim a asesinar a un alto agente búlgaro.
Bond se encuentra con Romanova y los dos planean su ruta fuera de Turquía con el Spektor. Él y Kerim creen en su historia y a su debido tiempo ella, Bond y Kerim abordan el Expreso de Oriente con el Spektor. Bond y Kerim rápidamente descubren a tres agentes soviéticos a bordo que viajan de incógnito. Kerim, por medio de sobornos y engaños, consigue que dos bajen del tren, pero más tarde es encontrado muerto en su compartimento con el cuerpo del tercer agente, ambos habiendo sido asesinados por Grant. En Trieste un compañero del MI6, "Capitán Nash" llega en el tren y Bond presume que ha sido enviado por M como protección adicional para el resto del viaje. Tatiana es sospechosa de Nash, pero Bond le asegura que Nash es de su propio servicio. Después de la cena, en la que Nash ha drogado a Romanova, Bond se despierta para encontrar un arma apuntándole y Nash revela ser el asesino, Grant. En lugar de matar a Bond inmediatamente, Grant revela el plan de SMERSH, incluyendo el detalle de que va a disparar a Bond al corazón y que el Spektor tiene una trampa cazabobos para explotar cuando sea examinado. Mientras Grant habla, Bond desliza su cigarrera de metal entre las páginas de una revista que tiene frente a él y la pone sobre su corazón para detener la bala. Después de que Grant dispare, Bond finge estar mortalmente herido y cuando Grant se inclina hacia él, Bond lo ataca y lo mata. Bond y Romanova escapan.
Más tarde, en París, después de entregar con éxito a Tatiana y el Spektor a sus superiores, Bond encuentra a Rosa Klebb. Ella es arrestada, no sin antes herir a Bond con un cuchillo envenenado escondido en su zapato; la historia termina con Bond luchando por respirar y cayendo al piso. El desenlace de esto se ve en la novela Dr. No, en donde Bond se cura.
