Frank Bullitt, detektyw policyjny pracujący dla Departamentu Policji w San Francisco, zostaje wyznaczony do ochrony świadka przez 40 godzin, wystawiony przez ambitnego polityka Waltera Chambersa. Zanim noc dobiegnie końca, dwóch zabójców włamuje się do pokoju świadka i zabija go oraz rani policjanta. Wiedząc o tym, Bullitt zbiera informacje o incydencie i samodzielnie rozpoczyna dochodzenie po tym, jak jego kapitan policji daje mu pozwolenie na zbadanie przestępstwa. Kiedy Bullitt wszczyna śledztwo, ludzie wokół zaczynają zastanawiać się nad jego zachowaniem i wybrykami związanymi z ściganiem osób odpowiedzialnych za zbrodnię.