Un marine sotto sorveglianza viene ritrovato morto. Gibbs e McGee quindi si recano a Los Angeles per indagare insieme al team del luogo, ma il caso si trasforma ben presto in qualcosa di molto più complesso.

Quando si scoprirà anche l'esistenza di un traffico d'armi, l'indagine si trasforma in una questione di sicurezza nazionale e i due team uniscono tutte le loro forze per risolvere il mistero.

Nel frattempo Tony trova il tempo per scavare nella vita privata di Ziva.

L'indagine di Los Angeles continua e spunta il nome dell'agente del Mossad Michael Rivkin, l'amante di Ziva. Tony quindi si trova costretto a mettere in discussione la sua fedeltà all'NCIS.

Nel frattempo, a Los Angeles, l'agente speciale Callen cerca di infiltrarsi sotto copertura nella cellula terroristica, e lo psicologo Nate Getz, scopre la verità sul rapporto tra Gibbs e l'agente speciale Lara Macy.

Alla fine tutti i componenti della cellula vengono uccisi, Rivkin prende il volo per Tel Aviv e McGee e Gibbs possono ritornare a Washington. Nelle scene finali però si vede che all'agente Callen sparano per strada, ferendolo in modo grave.

NCIS agents from Washington, D.C., Los Angeles and Hawai’i, all in D.C. to attend the retirement party of a beloved Federal Law Enforcement Training Center (FLETC) professor, find themselves jointly investigating his shocking suicide.

The crossover continues on NCIS: Hawai'i S02E10 Deep Fake (II) and NCIS: Los Angeles S14E10 A Long Time Coming (III).