O Detetive Frank Bullitt, um profissional experiente e frio, tinha uma missão rotineira de proteger durante 48 horas a principal testemunha contra o sindicato do crime, entregando-a a salvo no tribunal, na manhã de 2ª feira. Se tudo corresse bem, sua carreira estaria em plena ascensão, garantiu o ambicioso político Walter Chalmes. Mas nada deu certo.

Antes do anoitecer, a testemunha é vítima de um violento atentado, e agora está entre a vida e a morte. Bullitt (Steve McQueen) é um policial destemido e irá à procura dos responsáveis por este crime covarde, e da verdade escondida nos fatos. E a lista de suspeitos é imensa: parece que todos tinham interesse em eliminar essa testemunha.