1969年，美国海军成立了一所战斗机飞行员学校，官方名称是"战斗机武器学校"，但学员们更愿意称它为"Top Gun"。影片开场，镜头掠过航母甲板，飞行员们正紧张地进行起降训练，钢铁巨兽与蓝天之间划出一道道白色轨迹。
代号"独行侠"的皮特·米切尔上校（汤姆·克鲁斯饰）骑着摩托车疾驰进入军事基地。他本应进行高超音速飞机的试飞演示，却被告知切斯特·"铁锤"·凯恩上将（艾德·哈里斯饰）即将叫停这个耗资巨大的项目。当凯恩的直升机降落在跑道时，独行侠已经驾驶试验机冲上云霄。仪表盘指针突破原定的9马赫极限，在10马赫的震颤中，整个控制室爆发出欢呼——直到机身突然解体。降落伞在火光中绽放，这个永远打破规则的男人再次用惊险表演证明了自己的价值。
在海军上将汤姆·"冰人"·卡赞斯基（方·基默饰）的力保下，独行侠被调往北岛海军航空站。迎接他的是博·"旋风"·辛普森中将（乔恩·哈姆饰）冷峻的目光："我不知道冰人看中你什么，但现在有个铀浓缩设施需要被抹去。"任务简报室里，三维投影展示着藏在峡谷深处的目标，两侧峭壁如同天然防空网，任何常规空袭都将是自杀行动。
酒吧昏黄的灯光下，独行侠与旧情人潘妮（詹妮弗·康纳利饰）重逢。当她笑着让酒保给全场续杯时，一群年轻飞行员正喧闹着推门而入。其中自命不凡的杰克·"刽子手"（格伦·鲍威尔饰）像头年轻的雄狮，而沉默的布拉德利·"公鸡"·布拉德肖（迈尔斯·特勒饰）弹起钢琴的瞬间，独行侠仿佛看见三十年前牺牲的挚友"笨鹅"。当信用卡被拒付的提示音响起，这群菜鸟嬉笑着把这个"过气英雄"扔出酒吧，却不知道他们即将在同一个任务简报室里相遇。
训练场上，独行侠用教科书上永远不会教的飞行动作戏弄着学员们。当"刽子手"挑衅地提起笨鹅的往事，公鸡的拳头比他的战机更快出击。深夜的军官宿舍里，独行侠凝视着泛黄的照片——那是1986年他与笨鹅在航母甲板的最后合影。此刻病床上的冰人用电子合成音艰难地说："他们需要你，比你想象的更需要。"
沙滩橄榄球赛的混战中，这群天之骄子终于卸下盔甲。当独行侠带着潘妮的渔船划破晨雾时，飞行员们不知道他们的教官正在甲板上坦白：当年撤回公鸡的入学申请，是对亡友遗孀的承诺。这个永远突破极限的男人，此刻却被愧疚感压得喘不过气。
葬礼的二十一响礼炮过后，辛普森中将宣布更改作战方案。雷达突然警报大作——独行侠单枪匹马完成了那个"不可能"的模拟攻击，倒计时归零前0.3秒命中靶心。机库里的掌声中，"刽子手"第一次向这个老派飞行员敬礼。
真实任务的无线电静默令人窒息。当战斧导弹炸毁敌军跑道时，六架战机如同手术刀切入峡谷。铀浓缩设施在火球中崩塌的瞬间，独行侠的座舱盖突然爆裂——萨姆-6导弹的碎片让仪表盘变成血色瀑布。跳伞前他最后听到的是公鸡违抗命令的调头呼啸。
荒漠中，两代飞行员劫持的F-14"雄猫"与五代机展开跨越时代的对决。当最后一枚诱饵弹耗尽，独行侠握紧操纵杆准备撞击敌机时，云层中杀出的"刽子手"用导弹画下完美句点。航母甲板的夕阳下，公鸡将新照片放入独行侠的工具箱——并排的相框里，两对搭档隔着时空微笑。
影片结尾，修复好的P-51野马战机冲上云霄。潘妮在后座紧抱独行侠时，跑道上公鸡正仰头注视这个亦父亦师的男人。云海之上，老式螺旋桨的轰鸣与记忆中的F-14引擎声渐渐重合，奏响独属于飞行员的浪漫乐章。