Действие происходит в 2011 году после событий в Splinter Cell: Double Agent. Бывший офицер Морских Котиков Виктор Косте, друг и бывший сослуживец Сэма Фишера, был взят в плен и группа неизвестных людей проводит допрос, а он при этом вспоминает и рассказывает основную историю сюжета.

После исчезновения Сэма Фишера, его коллега из Третьего Эшелона, Анна «Грим» Гримсдоттир определяет его местонахождение в городе Валетта, столице Мальты. Она предупреждает Сэма, что наёмники-убийцы попытаются ликвидировать его. Сэм разбирается с ними, допрашивает их главаря и узнает что некий наркоторговец по имени Андрей Кобин несет ответственность за смерть Сары, его дочери. Кобин находится в своем особняке-музее, куда Сэм бесшумно проникает, нейтрализует охранников и допрашивает Кобина. Кобин, сообщает ему что смерть его дочери «всего лишь маленькая часть большой игры», затем оперативники Третьего Эшелона штурмуют особняк и захватывают Сэма.

Сэма транспортируют в военную Авиабазу Прайс в Виргинии, где Грим сообщает ему, что она работает под прикрытием против Третьего Эшелона по приказу Президента Калдуэлл. Она просит Фишера помочь в расследовании дела частной охранной компании «Черная Стрела», в обмен предложив ему свое участие в расследовании убийства его дочери. Более того, она говорит, что его дочь жива. Грим инсценирует насильственный побег Сэма, обеспечив его оружием и транспортом.

Сэм находит бывшего сослуживца Виктора, который спас Сэма (играя за Виктора вы спасаете Сэма из плена) во времена операции Буря в Пустыне, Сэм просит содействовать в расследовании. Они встречаются в Вашингтоне, Сэм получает некоторое необходимое снаряжение и узнает о том, что White Box Technologies, исследовательская компания, работающая по направлению электромагнитных импульсных (ЭМИ) технологий наняла «Черную Стрелу» для охраны, что кажется очень странным, так как «Черная Стрела» не занимается корпоративной охраной.

Сэм направляется в White Box Technologies, где становится свидетелем как Директор Третьего Эшелона — Том Рид и оперативники «Черной Стрелы» убивают нескольких ученых. Сэм спасает одного из ученых и узнает, что «Черную Стрелу» для охраны нанял некий Люциус Гельярд, и некий Робертсон владеет экспериментальными данными по исследованию контрмер ЭМИ. Фишер проникает в кабинет Робертсона и создает возможность для Грим скачать необходимую информацию для анализа. После этого он инициирует ЭМИ, чтобы уничтожить следы информационного проникновения и сохраняет прикрытие Грим.

Сэм получает приказ от Президента Калдуэлл найти и записать разговор между Ридом и Гельярдом рядом с Мемориалом Линкольна. Позже Сэм пытается допросить Гельярда, но его убивает неизвестный вооруженный человек. Сэм гонится за стрелком, но убийца погибает от взрыва бомбы, заложенной в его же автомобиле. После этого оперативники Третьего Эшелона пытаются прикончить Сэма, но он выживает, и Секретная Служба его эвакуирует.

Главный герой проникает в штаб-квартиру Третьего Эшелона, чтобы извлечь данные с компьютера Рида, но он случайно сталкивается с Андреем Кобиным. Сэм допрашивает его и узнает, что Рид работает на секретную организацию «Мегиддо» и планирует незаконно завести технологию ЭМИ в США для использования в ликвидации президента Калдуэлл, и назначить коррумпированного вице-президента вместо него, который также «в доле» с организацией «Мегиддо». В результате предполагаемой ликвидации Риду должны достаться высокий пост и медаль героя. Кобин позже говорит, что ему ничего не известно об убийстве дочери Фишера — он всего лишь достал чужое тело, для того чтобы инсценировать ее смерть, и что Грим известно больше об истории со смертью Сары.

Сэм застает Гримсдоттир с только что полученной информацией и заставляет ее дать прослушать последнюю аудиозапись Ламберта. В записи говорится, что Ламберт инсценировал автомобильную катастрофу со смертью Сары, беспокоясь о том, что в Третьем Эшелоне засел «крот», и этот крот может использовать Сару против Фишера. Запись заканчивается тем, что ему так и не удалось засечь предателя, и все усилия потрачены напрасно.

Грим позже сообщает разъяренному Сэму, что один из трех взрывов с использованием ЭМИ может произойти на Мичиган Авеню, и что квартира Сары находится в радиусе поражения. Его друг Виктор спасает Сару, в то время как Сэм останавливает взрыв. Грим следит за Ридом в Белом Доме, чтобы помешать убийству президента. Виктор эвакуирует Сэма и он воссоединяется с дочерью. В это время происходят два оставшихся импульса, уничтожив половину структур в Вашингтоне, а вертолет в котором летят Сэм, Сара и Виктор сбивает противовоздушная ракета и они совершают аварийную посадку.

После вынужденной посадки Сэм проникает в Белый Дом, по пути сражаясь с оперативниками Третьего Эшелона и «Черной Стрелы». Сэм объединяется с Грим и она намеренно ранит его в плечо, чтобы Сэм в роли заложника смог подобратся к Риду поближе.

В Овальном Кабинете, когда Рид собирается казнить Сэма и Президента, Сэм обезоруживает Рида и вместе с Грим они убивают охранников Третьего Эшелона. Сэм допрашивает Рида, в то время как армейские силы эвакуируют Президента. Становится известно, что Президент Калдуэлл собиралась закрыть Третий Эшелон и «сделать Америку уязвимым для будущих атак», и, чтобы предотвратить это, Рид планировал подставить Сэма в убийстве президента, тем самым доказав всем, что «Третий Эшелон» необходим, как никогда. Сэм осознает, что Рид и был тем самым «кротом», которого Ламберт безуспешно искал.

В зависимости от выбора игрока, Сэм или Грим убивает Рида. Если Рида убивает Грим, она просит Сэма вернуться в Третий Эшелон и уверяет его, что он единственный человек, которому она может доверять, но Сэм прощается и уходит.

Допрос Виктора этим и заканчивается (становится известно, что людьми, допрашивающими его, являются сотрудники «Черной Стрелы»), и он говорит, что Сэм как-то сказал ему, что он хочет провести оставшееся время со своей семьёй и любит его «как брата, а брат — значит семья». Через несколько секунд после того, как он произносит эти слова, происходит взрыв, и база поднимает тревогу, оставляя игроку полагать, что здание штурмует Сэм Фишер.