İkinci Dünya Savaşı'nın en karanlık günlerinde, Nazi rejimine karşı içeriden bir direniş başlar. Albay Claus von Stauffenberg liderliğindeki bir grup Alman subayı, Adolf Hitler'i ortadan kaldırmak ve savaşı sonlandırmak için cesur bir plan hazırlar. Valkyrie kod adlı bu operasyon, aslında bir darbe girişiminin kılıfıdır. Stauffenberg, Hitler'in doğu cephesindeki karargahı Wolfsschanze'ye giderek bir bombalı saldırı düzenler.

Patlamanın ardından, Stauffenberg Berlin'e döner ve darbenin ikinci aşamasını başlatır. Plan, Valkyrie emrinin yürürlüğe girmesiyle ordunun kilit noktalarını ele geçirmek ve yönetimi devralmaktır. Ancak suikastın başarısız olduğu haberi yayıldıkça, darbe girişimi hızla çökmeye başlar. Stauffenberg ve arkadaşları, rejimin acımasız tepkisiyle karşı karşıya kalır.

Valkyrie Operasyonu, tarihin akışını değiştirmeye çalışan bir avuç insanın fedakarlık ve cesaret dolu hikayesidir. Stauffenberg ve ekibi, inandıkları değerler uğruna her şeyi riske atar. Film, bu gizli direnişin perde arkasını, planın detaylarını ve sonuçlarını gerçekçi bir şekilde aktarır.