天眼局主管阿曼达·沃勒来到美梦监狱（英语：Belle Reve）召集多名极度危险的超级罪犯，迅速组成X特遣队、俗称“自殺突擊隊”的两组不同小队，以黑色行动形式为美国政府执行高风险任务来换取减刑。两组队伍分头潜入南美洲岛国科托马耳他（英语：Corto Maltese (DC Comics)），其政府近期受反美武装势力推翻，任务则是摧毁纳粹时期建立的地下实验室“约顿海姆”，该处由科托马耳他政府长期进行名为“海星计划”的秘密实验。第一小队[f]登陆时遭受政府军伏击而几近全军覆没，只有队长瑞克·弗莱格（英语：Rick Flag）与哈莉·奎茵侥幸生还。而第一小队的受袭成功达到声东击西的目的，在另一边登陆的第二小队得以顺利潜入岛内。

第二小队由精英佣兵血腥运动（英语：Bloodsport (comics)）所带领，队员包括和平使者（英语：Peacemaker (comics)）、鲨鱼王、波尔卡圆点人（英语：Polka-Dot Man）与捕鼠人2（英语：Ratcatcher (comics)）。小队休息一晚后前去营救被当地反叛军俘虏的弗莱格，隔天攻入营地却发现弗莱格与反叛军的首领索儿·索里亚达成共识，她答应协助X特遣队、提供车辆与忠诚司机帮他们潜入首都区。哈莉在海边被俘后遭带至总统府会见新一任独裁者席维奥·卢纳，对哈莉的美貌与事迹所倾倒的卢纳希望能与哈莉成婚，并透露自己计划启用约顿海姆实验室与海星计划作为惩戒政治异议人士的监狱。获得情报的哈莉直接杀死卢纳，而卢纳的副手马泰奥·苏亚雷斯接任总统一职，将哈莉关押并以电刑逼供。但哈莉没多久便歼灭大量守卫后脱逃。而弗莱格一行人抓获海星计划的研究主管思考者（英语：Thinker (DC Comics)），随后接回刚逃出总统府的哈莉后直奔约顿海姆塔楼，靠思考者开车通过门卫，队伍开始四处安置摧毁塔楼的炸弹。

安置炸弹期间，弗莱格和捕鼠人2陪同思考者进入地下实验室，发现海星计划是一只实属外星生物的巨型海星“斯塔罗（英语：Starro）”，其能够制造小型分身附着在人体脸上夺取意识，并操纵死去的遗体。思考者揭露斯塔罗起初由美国宇航员在太空中发现后带回地球，再由美国政府与科托马耳他达成秘密协议，移送至约顿海姆进行三十年的研究，甚至将当地大部分政治异议人士及无辜市民抓来做实验对象。恼羞成怒的弗莱格取出装有海星计划详细资料的硬盘，意图将美国政府的肮脏秘密公诸于世，但却受到实为沃勒间谍的和平使者阻挡，他以“维护和平”为由而全力阻止内幕外流以避免酿成国际事件。

哈莉、血腥运动、鲨鱼王和波尔卡圆点人在楼上办公区与卫兵激战，而波尔卡圆点人的能力意外引爆炸弹导致塔楼崩塌。弗莱格与和平使者为抢夺证据硬盘而大打出手，和平使者捡起碎片杀死弗莱格，遭临死的弗莱格嘲讽自己的名号“可笑至极”。没有就此罢手的和平使者紧接着追杀抢走硬盘的捕鼠人2，就在刚要将她灭口之际，随着崩塌坠落至底层的血腥运动及时出手相救，开枪击倒和平使者并取得硬盘。斯塔罗趁乱破坏地下室并将思考者大卸八块，随即逃出约顿海姆、释出大量小型分身掌控苏亚雷斯、政府军以及周遭的市民。完成任务的X特遣队收到撤退命令，但无法坐视不管的血腥运动带领队伍，全体视死如归地前往对付斯塔罗。指挥室中的沃勒狂怒之下威胁要引爆队伍脖子中的纳米炸弹，直到一名助手看不下去而打昏沃勒，而其他助手则一致决定继续协助特遣队阻止斯塔罗。

特遣队面对斯塔罗完全束手无策，波尔卡圆点人炸断斯塔罗一条腿后直接被踩死。直到捕鼠人2召唤全市的老鼠集体攻击斯塔罗，哈莉手持标枪刺穿其眼部，使斯塔罗被大量老鼠爬入体内啃食内脏后不敌而死。索里亚趁乱率领反叛军攻下总统府，杀死所有腐败军阀夺下领导权，开始对科托马耳他进行民主改革。血腥运动用硬盘证据敲诈沃勒，必须无条件释放特遣队所有成员且从此不准再来胁迫他们，众人最后搭上直升机迎向自由。在片尾彩蛋中，沃勒的两名助手因之前的抗命而受到惩处，前去探望幸存且被送回美国医院静养的和平使者，准备等他康复后一同执行新的任务[g][h]。