Im Mai 1943 muss die Besatzung der Memphis Belle, eine B-17 der US Army Air Force stationiert in England, warten, bis das Flugzeug wieder repariert ist. Sie warten auf ihre Kameraden, die von einem Bombenabwurfmission zurück kommen sollten. Der Luftwaffenstützpunkt untersteht Colonel Harriman (David Strathairn), einem stoischen Zeitgenossen, der den Auftrag hat, die Nazis weiter unter Druck zu setzen. Die Kampfflieger erreichen schließlich mit knapper Not den Stützpunkt. Doch der letzte hat einige Probleme bei der Landung und schlittert auf der Landebahn bis er explodiert, wobei alle Insassen ums Leben kommen. Am nächsten Tag steht der Angriff auf Bremen auf dem Plan, doch die Besatzung beginnt allmählich am Erfolg ihrer Mission zu zweifeln. Der Widerstand der Nazis und die technischen Mängel ihrer Maschinen beeinträchtigen deren Siegeswillen.
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