1984年11月，蘇聯海軍最新型的颱風級核潛艇「紅色十月號」前往北大西洋參加潛艇作戰演習。但令人匪夷所思的是，艦長馬克·雷明斯上校卻讓「紅色十月號」往美國東岸前進，準備祕密地向美國投誠，他向潛艇上的全體官兵聲稱，此舉是要利用「紅色十月號」先進的無聲噴水推進系統打破美國海軍的監視網。不過，雷明斯的舉動對蘇聯造成的影響可謂茲事體大，假若雷明斯成功的話，對蘇聯來說，在外交及軍事層面上，將無疑是雙重打擊。因此爲了避免衝擊，蘇聯決定寧可毀掉「紅色十月號」，也不能讓雷明斯叛逃。

而在美國方面，國防部的官員們爲這艘動向不明的潛艇而大傷腦筋，擔心這可能是蘇聯欲進攻美國的行動，然而中情局分析師傑克·萊恩博士在分析過情勢與雷明斯的背景後，卻表示這很可能是一次軍事投誠行動。萊恩的判斷得到了上司的肯定，並給他三天時間，設法與「紅色十月號」取得聯繫。

其實雷明斯在出發前寄了一封信，向上級告知自己將投誠美國一事。蘇聯海軍最高司令部收到了雷明斯叛逃的消息後，大爲震怒，遂出動在北大西洋的所有艦隊，佈下天羅地網追殺「紅色十月號」。而美國政府收到了蘇聯關於「紅色十月號」企圖擅自向美國發射導彈、挑起世界大戰的警告，也對雷明斯的行爲感到擔憂，爲保證安全，美國政府派出潛艇「達拉斯號」前去尋找並準備擊沉這艘巨大的潛艇。就這樣，美蘇兩方在冰冷的北大西洋展開了一場全方面的追逐戰。

萊恩冒着被冰冷海水凍死的危險，登上「達拉斯號」，識破了蘇聯借刀殺人的計劃，並與「紅色十月號」取得了聯繫。不久，萊恩和「達拉斯號」的艦長、聲納技師一同登上了「紅色十月號」，協助雷明斯擊退了前來追殺「紅色十月號」的蘇聯潛艇。最後，「紅色十月號」在一個平靜的月夜駛入了美國的河灣。