San Francisco Polis Teşkilatı'nın gözüpek dedektiflerinden Frank Bullitt (Steve McQueen), senatonun örgütlü suçları araştırma komisyonunda görevli senatör Walter Chalmers (Robert Vaughn) tarafından suç örgütü aleyhinde tanıklık yapacak olan bir itirafçıyı mahkeme gününe kadar geçecek 48 saat süresince koruma altına almak üzere görevlendirilir. Bullitt, mesai arkadaşları olan Delgetti (Don Gordon) ve Stanton'la (Carl Reindel) birlikte Chicago'dan gelen John Ross (Pat Renella) adlı bu tanığı ücra ve pejmürde bir otel odasında koruma altına alırlar. İlk nöbet sırası Stanton'dayken iki silahlı adam, senatörün dışında hiç kimse tarafından bilinmemesi gereken bu sözde gizli mekanı basar ve tanığın ve polisin üzerine ateş açar, tanık ve polis bu saldırıda ağır yaralanmışlardır. Üstelik tetikçiler senatörün adını vererek yukarı çıkmışlar ve onlara da kapıyı itirafçı açmıştır. Bu bilgiyi ambulansta yaralı Stanton'dan alan Bullitt'in kuşkuları daha da artar. Hastaneye gelen senatör adeta suç bastırırcasına olaydan Bullitt'i sorumlu tutacağını söyler.Senatörün tehditlerini savurup gitmesinden hemen sonra tetikçilerden biri yarım kalan işini tamamlamak üzere hastaneye gelir ama doktorların uyanıklığı ve Bullitt'in çabalarıyla Ross'a ulaşamadan kaçmak zorunda kalır. Ancak ameliyatı atlatamayan Ross'un yoğun bakım odasında kalbi durur, canlandırma çabaları da sonuç vermez ve ölür. Bullitt'in kendi araştırmasını rahatça sürdürebilmesi için Ross'un öldüğünün duyulmaması gerekmektedir. Ameliyatı yapan doktorun da yardımı ile Bullitt, Ross'un cesedini işaretsiz bir ambulansla kimliği meçhul biri gibi şehir morguna teslim eder, hastane kayıtlarını da ortadan kaldırır. Böylelikle Ross'un ölmediği ve kendisi tarafından gizlendiği izlenimini verecektir.Telaşlanan senatör, Bullitt'in amiri Yüzbaşı Bennet'a (Simon Oakland) gider ve üstü kapalı rüşvet teklif eder, ancak dürüst bir polis olan Bennett bu teklifi reddeder ve önceden de söz vermiş olduğu gibi Bullitt'e arka çıkar. Hayatta olduğunu sandıkları Ross'a ulaşabilmek için Bullitt'in peşine düşen iki gansterle Bullitt arasında uzun süren heyecanlı bir araba kovalamacası sonunda tetikçiler kaza yaparak ölürler. Ross'un morgda alınan parmak izleri aslında gerçek tanığın o olmadığı, senatörün bilerek polise yanlış tanığı korumaya aldırttığı ortaya çıkar. Gerçek tanık tam uçakla yurt dışına kaçacakken hava alanında sıkı bir takibin sonucunda Bullitt tarafından vurularak öldürülür. Tanıklık yapacak kimse kalmamıştır, senatörün bu işteki rolü hasır altına itilmiş olur.