En el mes de mayo de 1943, durante la Segunda Guerra Mundial, la tripulación del bombardero B-17 Memphis Belle se apresta para su vigésimo quinta y última misión. Sin embargo, opuesto a la fácil tarea que se esperaba, la asignación consiste en bombardear la ciudad de Bremen, Alemania, la cual se encuentra muy protegida con fuego antiaéreo y escuadrones de cazabombarderos enemigos. El experimentado capitán Dennis Dearborn (Modine) está al mando de la nave, y debe afrontar el peligroso retorno a la base aérea ubicada en Inglaterra.
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