FBI探员马刚（马丁•劳伦斯 Martin Lawrence 饰）聪明能干，屡破奇案，而他的破案法宝就是他那高超的伪装绝技，无论什么人，他都自信能扮得惟妙惟肖。新的案子摆在了马刚面前，乔治亚州一个银行抢劫犯身怀巨款逃亡了，马刚奉命前往缉拿，唯一的线索就是抢劫犯的女友雪梨（尼娅•朗 Nia Long 饰）。为了接近雪梨，马刚施展他的变身特技，化身成了雪梨久未碰头的姑母，一个超过两百磅的“老妈子”。马刚的特技堪称一绝，经过化身易容，成功接近了雪梨。然而相处久了，马刚却发现自己爱上了可能有份参与收藏赃款的雪梨，更要命的是，真正的姑母登场了。
冷战结束后，天控局面临被解散的危险，但是这个美国最大的特务机关，依旧担负着重要的使命。不过，近期天控局总部却遭受了突发性袭击，导致特工们都有被身份曝光的危险。其中也包括强壮如牛、身手不凡的23号特工（道恩•强森 Dwayne Johnson 饰）。总部经过研究发现，袭击事件是一个叫盖不达集团的，为了迎敌，总部对分析家麦克斯韦（史蒂夫•卡瑞尔 Steve Carell 饰）委以重任，后者终于等到了一展身手的机会。于是，他积极参与了对付盖不达的行动，不过之前的两次演习都被他搞砸了。唯一的收获是，他跟99号特工（安妮•海瑟薇 Anne Hathaway 饰）结成了搭档，后者是唯一不怕身份曝光的特工。他们在飞机上遇到了一个疑似的恐怖分子，但是当他们出手时，却意外陷入了对方的圈套。此后，这对欢喜冤家又接连遇到一系列令人啼笑皆非的困境……
为了给最疼爱的小老弟菜鸟（克里斯多夫·奈茨 Christopher Knights 配音）庆生，老大（汤姆·麦格拉思 Tom McGrath 配音）带领菜鸟以及好搭档科斯基（克里斯·米勒 Chris Miller 配音）、瑞哥闯入了防守最严密的美国黄金储备中心，只为找到金库尽头仅有的那台销售炸薯条的自动贩卖机。谁知他们刚刚完成任务没多久，便被长着触角的贩卖机吞了进去，随后被运到一个神秘的所在。在全封闭的设施内，四只企鹅见到了伪装成基因遗传科学家的章鱼戴夫（约翰·马尔科维奇 John Malkovich 配音）。原来戴夫曾是动物园一只明星章鱼，但随着萌态十足的企鹅们的到来，他便跌入了绝望的深谷。因此戴夫潜心研制了可怕的血清，发誓要向所有他曾待过的动物园中的企鹅展开报复。 老大和伙伴们在逃亡途中得到北风特工队的救助，而他们和这些高傲的特工队员将分别阻止戴夫的阴谋……
