داستان این سریال که دنباله داستان فیلم سینمایی «خوب، بد، جلف 2: ارتش سری» است، روایت گر ماجراجویی های پژمان و سام پس از دزدیده شدن توسط چچن ها می باشد.

در پی فاش شدن خیانت آنا، جاسوسان برای جلوگیری از لو رفتن نقشه، زمان عملیات نهایی را جلو می اندازند. پژمان و سام طی اتفاقی می فهمند که هر دو در حال «تحقیق» بر روی یک پرونده هستند و دست همکاری به یکدیگر می دهند. در مسیر نجات آنا خودشان گرفتار می شوند، اما کسی به کمکشان می آید که انتظارش را ندارند.....

سام به رازی پی می برد که جانش را در معرض خطر قرار می دهد و او ناچار به سکوت و همکاری می شود. پژمان هم از سوی دیگری درگیر ماجرا می شود، و هر دو جداگانه و به روش های «هوشمندانه» خودشان سعی کشف اسرار گروه دارند، و نمی دانند که شمارش معکوس برای اجرای مرحله نهایی عملیات و قتل آن دو آغاز شده است....

با بدست آوردن کیک زرد، گروه فیلمسازی عازم قشم می شوند. خبر بد برای آنها این است که دکتر رستمی هم بعنوان ناظر کیفی با آنها همسفر می شود. در زمان فیلمبرداری سکانس های بین راه، علاقه فربد به کارگردانی و جدیت روزافزونش در کار، همه گروه را کلافه می کند. پژمان که همچنان در توهم رابطه عاشقانه دوطرفه با آنا بوده به وجود رابطه ای بین آنا و سام مشکوک می شود و آنها را زیر نظر می گیرد، و معلوم می شود که آنا واقعا چیزهایی برای پنهان کردن دارد. نقشه نهایی جاسوسان در قشم مشخص می شود، که در انتهایش سرنوشت تلخی در انتظار پژمان و سام است.

با سروان شکوری آشنا می شویم، افسری تک رو با ذهنی پیچیده و روش های تحقیقاتی غیر متعارف که مشکلش این است که «هوشش اطرافیانش را اذیت می کند»! به همین علت است که او دائم بین ادارات مختلف انتظامی پاسکاری می شود. در یکی از همین انتقال ها با پرونده حاکم کتی برخورد می کند که ظاهرا مختومه است، اما شم پلیسی اش او را به سمت تحقیقات بیشتر می کشاند. شکوری حسام را بطور نامحسوس تحت نظر می گیرد و به گروه جاسوسان می رسد...

با بیرون آمدن پژمان و سام از بیمارستان، فیلمبرداری فیلم مجددا آغاز می شود. گروه در تلاش برای بیرون آوردن حسام بوالهوس از زندان مجددا گرفتار جنجال سازی های تبلیغاتی خانم بشارتی می شوند، که این بار پای آنها را به یک برنامه مهم تلویزیونی باز می کند. با آزاد شدن حسام بنظر می رسد که بالاخره عملیات روی ریل افتاده، اما جاسوسان خبر ندارند که کسی آنها را تحت نظر دارد؛ سروان شکوری.....!

در حالیکه تحقیقات پلیس روی پرونده گروگانگیری سام و پژمان ادامه دارد، جاسوسان تلاش می کنند حسام بوالهوس را که در زندان است راضی به انجام معامله و تحویل کیک زرد کنند اما حسام که به کسی اعتماد ندارد به هیچ وجه حاضر نیست تا قبل از بیرون آمدن از زندان معامله ای انجام دهد. جاسوسان ناچارند راهی برای بیرون آوردن او از زندان بیابند. در این میان خبر می رسد که مسئولین با دیدن صحنه های فیلمبرداری شده فیلم ارتش سری، آن را از شانس های مسلم جوایز جشنواره فجر ارزیابی کرده اند و معتقدند که فربد مولیان کارگردان بسیار مستعدی است. فربد از شنیدن این خبرها خوشحال و هیجان زده است، اما می فهمد که این مسئله باعث شروع دردسرهای جدیدی برای فیلم و کل ماموریتشان است.....

با وجود تلاش های دکتر برای مخفی نگاه داشتن ماجرای گروگانگیری و مجروح شدن پژمان، با تلاش های خستگی ناپذیر خانم بشارتی ماجرا به صدر اخبار می رسد و فیلم و عواملش در مرکز توجه رسانه ها قرار می گیرند. از آن سو فربد و تیمش در تلاش برای ورود به مقر حسام و دستیابی به بشکه کیک زرد هستند که با توجه به شرایط محله کار آسانی نیست....

گروه ارتش سری پی می برند که کیک زرد در اختیار حسام بوالهوس و گروهش است، که آن را بجای مواد مخدر صنعتی اشتباه گرفته اند. جاسوسان قراری برای آزاد کردن پژمان و سام می گذارند که از آن طریق به محموله کیک زرد دست بیابند، ولی اوضاع طبق نقشه آنها پیش نمی رود ....

حسام بوالهوس که برای ربودن یک محموله مواد مخدر در جاده کمین کرده اشتباها کیک زرد را به جای آن می دزدد. در راه بازگشت به تهران به پژمان و سام برمی خورد که پس از گذراندن زمانی سخت و هولناک از جنگل نجات پیدا کرده اند. حسام نقشه های جالبی برای آن دو در سر دارد ....

گرجی که فرماندهی چچن ها را به دست گرفته همچنان به دنبال انتقام از پژمان است. پژمان و سام با مکافات از چنگ او و از قطار فرار می کنند، اما در انتهای مسیر دردسر بزرگتری در انتظار آنهاست ....

جاسوسان ارتش سری متوجه شده اند كه پژمان و سام در یك قطار در حال حركت به سمت تبریز هستند. آن ها در حال تلاش برای رسیدن به قطار و ایستگاهی هستند كه قرار است قطار در آن توقف داشته باشد ... جنگ قدرت در میان چچنی ها و برخورد پژمان و سام در قطار با یك آشنای غیرمنتظره روزنه امیدی به آن ها می دهد كه از دست گروه تروریستی نجات یابند.

پژمان و سام به عنوان گروگان به همراه کیک زرد توسط آصف رئیس گروه جانفدایان داغستان آزاد دزدیده شده اند و قرار است از مرز شمال غربی کشور به چچن بروند و از طرفی جاسوسان ارتش سری در جستجوی ردی از آنها هستند ...