Peggy Carter（Hayley Atwell）是美国队长的女友，也是特别短片《卡特探员》（Agent Carter）中的主角。1946年（电影《美国队长》的故事结束后），Peggy Carter的平静生活被彻底打破——当那些在海外作战的军人们返回家乡后，Carter发现自己被人彻底忽视了。如今她已经加盟秘密组织SSR（Strategic Scientific Reserve，战略科学预备队），她必须在三件事之间找到平衡点：做好管理工作，为Howard Stark执行秘密任务，当一个美国单身女性。她以为自己一生中唯一爱过的男人Steve Rogers（美国队长）已经死了……她哪里知道他此刻正被困在冰中！与此同时，邪恶组织Zodiac依然在暗地里破坏着世界的和平与安定，Peggy Carter必须全力与其展开对抗。1946 年，二战结束后，佩吉·卡特 (Peggy Carter)为史蒂夫·罗杰斯 ( Steve Rogers)的明显去世而哀悼，返回纽约市战略科学预备队(SSR)工作。苏维埃社会主义共和国对实业家霍华德·斯塔克进行调查，原因是他涉嫌向美国的敌人出售武器。斯塔克秘密联系卡特，请求她帮助他洗清罪名。在离开这个国家之前，他告诉她他的硝胺分子配方将在俱乐部出售。卡特乔装潜入俱乐部，得知配方已被武器化。她向斯塔克工业公司展示了一枚这样的硝胺炸弹科学家Anton Vanko推断它来自Roxxon 炼油厂。卡特和斯塔克的管家埃德温·贾维斯一起调查炼油厂，并遇到了显然为一个名为利维坦的组织工作的利特·布兰尼斯，并带着一辆装满硝基武器的卡车逃跑了。离开前，布兰尼斯投下一枚硝胺炸弹，卡特和贾维斯逃脱后，炸弹摧毁了整栋建筑。 卡特再次卧底寻找装有武器的卡车，并找到了卡车正式司机的地址。SSR 特工审问了制造武器的 Roxxon 科学家迈尔斯·范·厄特 (Miles Van Ert)，并得知了地址。卡特和贾维斯先到了房子，找到了布兰尼斯，他们强迫布兰尼斯跟他们一起走。三人遭到为利维坦工作的萨沙·德米多夫的攻击，现在看来布兰尼斯已经背叛了利维坦组织。卡特与杰米多夫战斗，但他仍然对布兰尼斯造成致命伤。贾维斯与卡特和布兰尼斯一起跳到安全地带，并迫使卡车与杰米多夫一起冲下悬崖，车内的武器发生内爆。布兰尼斯死前在泥土上画了一个符号。SSR特工罗杰·杜利，杰克·汤普森和丹尼尔·苏萨后来到达，发现了布兰尼斯的尸体、一个女人的脚印和一把酒店钥匙（属于杰米多夫）。与此同时，雷·科泽明斯基特工在罗克森炼油厂遗迹中进行筛选，找到了贾维斯和卡特逃跑时斯塔克汽车的车牌。 杜利和克热明斯基调查杰米多夫的酒店房间，发现了一台打字机。汤普森和苏萨带贾维斯接受审讯，前者威胁他向移民办公室透露一项旧的叛国罪指控。卡特假装无知，搞砸了审讯，把贾维斯救了出来，并受到杜利的严厉斥责。卡特和贾维斯随后沿着斯塔克金库下方的下水道系统（布兰尼斯通过该系统将偷来的技术带到了码头），在那里他们找到了心碎号上的武器（一艘带有布兰尼斯标志的船）。贾维斯匿名向 SSR 提供了他们的位置，而卡特则击退了一名一直与布兰尼斯合作的警卫。当 SSR 到达时，卡特和贾维斯被迫将他抛在后面。在被克热明斯基送回苏维埃社会主义共和国总部时，警卫正要认出卡特就是干扰史塔克调查的女人，这时一名身份不明的刺客杀死了他们两人。 在得知布兰尼斯和杰米多夫应该在菲诺 战役中死亡后，杜利前往德国与领导敌对部队的纳粹上校恩斯特·穆勒交谈，尽管他不知道布兰尼斯和杰米多夫是如何生还的，但杜利确实发现他们的苏联在纳粹到达之前，军队似乎就被屠杀了。卡特唯一的工作就是收集午餐订单，她遇到了斯塔克，斯塔克在他的技术被发现后秘密返回。卡特看着这些武器拍摄的照片，发现其中一件是闪电战按钮，他声称这会导致整个城市永久停电。然而，心存疑虑的卡特打开装置，发现了一小瓶罗杰斯的血液。她对斯塔克对她撒谎感到愤怒，于是把瓶子藏了起来。奥托·明克（Otto Mink）是将斯塔克偷运到纽约的罪犯，但被卡特和贾维斯骗走了他的钱，他跟随卡特回到了她的公寓，但他被她的新邻居多蒂·安德伍德杀死了。 卡特为 SSR 解密了一条通过杰米多夫的打字机从利维坦那里收到的编码信息，得知斯塔克将在苏联军事基地向利维坦出售武器。汤普森被派去阻止交易并逮捕斯塔克，并在卡特寻求战友嚎叫突击队的帮助时被迫带走卡特。他们发现年轻女孩在该综合体中接受训练，以潜伏特工的身份渗透到美国，并在一名女孩杀死突击队少年杜松子时意识到自己陷入了陷阱。苏联士兵袭击了团队，汤普森在枪林弹雨中冻僵，但卡特确保他们和被监禁的精神病学家伊夫琴科博士一起逃脱。与此同时，实际上是在该大楼接受训练的潜伏特工的安德伍德在搜查卡特的公寓时发现了斯塔克在SSR保管下的武器的照片，而苏萨则意识到卡特就是一直在干扰SSR调查的女人。 卡特和贾维斯调查了过去六个月与斯塔克有过接触的女性，他们相信一名女性利维坦特工可能被用来对付斯塔克并杀死了科泽明斯基，但他们的调查没有成功。苏萨向杜利透露卡特是明显的叛徒，所有特工的任务都是追踪她。他们最终将她和贾维斯逼入绝境，但卡特击退了他们。在骚乱期间，实际上为利维坦工作的伊夫琴科博士催眠了特工Yauch，他透露只有杜利才能使用斯塔克的武器。在伊夫琴科强迫他自杀之前，亚奇向伊夫琴科展示了如何离开苏维埃社会主义共和国。卡特从她的公寓取回了罗杰斯的血液。当她试图逃离大楼时，她被安德伍德击倒，但在此之前她意识到安德伍德是利维坦特工。当汤普森和苏萨到达时，安德伍德正要杀死卡特。她假装不知情，特工逮捕了卡特。 当卡特在 SSR 中拒绝审讯时，贾维斯带着斯塔克签署的假供词出现，承诺如果卡特被释放，他就会投降。卡特看到伊夫琴科用莫尔斯电码进行交流与安德伍德一起，并向同事透露了自己调查的真相，以赢得他们的信任。伊夫琴科催眠了杜利，让他从苏维埃社会主义共和国的实验室偷走了斯塔克的一件武器：一个气瓶，安德伍德和伊夫琴科在拥挤的电影院中启动了它，然后离开并锁上了门。特工们发现杜利穿着伊夫琴科送给他的史塔克实验背心，贾维斯解释说这件背心会爆炸，而且无法使其失效。杜利在装置爆炸前一刻跳出了窗户，杀死了他，但救了其他人。电影院里的毒气让许多观众变得疯狂并互相攻击，当引座员很快到来时，所有观众都死了。 苏维埃社会主义共和国在电影院里发现了煤气瓶，并意识到伊夫琴科可能计划让整个纽约都陷入困境。斯塔克回来并解释说，他开发了一种名为“午夜石油”的气体，是为了在战争期间为美国士兵提供额外的耐力，但它会引起精神病并导致他们互相残杀。第二次世界大战期间，美国军方偷走了午夜石油，并用它来对付菲诺的苏联人。斯塔克相信伊夫琴科（真名约翰·芬霍夫）将随后发生的屠杀归咎于斯塔克，并允许苏维埃社会主义共和国利用他作为引诱利维坦的诱饵。当安德伍德分散特工的注意力而芬霍夫绑架斯塔克并使用催眠术说服他在时代广场扔毒气时，这个计划出了岔子。在斯塔克的秘密飞机库，苏萨逮捕了芬霍夫，而卡特则击败了安德伍德（后者逃脱），并说服斯塔克不要向这座城市投放毒气。卡特后来将罗杰斯的血扔进了东河，终于继续了自己的生活，而芬霍夫则与诡计多端的阿尼姆·佐拉一起被囚禁。