Действие фильма разворачивается с 12 февраля по 24 марта 1945 года, незадолго до капитуляции Германии во Второй мировой войне. Герой фильма, штандартенфюрер Макс Отто фон Штирлиц, советский разведчик, работающий в центральном аппарате СД, получает задание выяснить, кто из высших руководителей Рейха ведёт сепаратные переговоры о перемирии с США и Великобританией. Работа Штирлица в СД вызывает подозрения у начальника РСХА Кальтенбруннера, и он поручает гестапо провести в отношении Штирлица тщательную негласную проверку. При бомбёжке Берлина разрушен дом, где живут радисты Штирлица - муж и жена Эрвин и Кэтрин Кин. Эрвин гибнет, беременная Кэтрин без сознания попадает в клинику Шарите, где во время родов кричит по-русски. Работницы клиники незамедлительно сообщают об этом в гестапо. Задача Штирлица осложняется: он остался без связи с московским руководством.