Debido a la naturaleza potencialmente devastadora de esta crisis, la CIA y la KGB se han unido a regañadientes, para encontrar al científico Teller y la bomba atómica.
Solo y Kuryakin reciben la orden de evitar que los Vinciguerra tengan éxito, con ambos hombres asignados en secreto para robar la investigación del científico Udo Teller, y entregarla a sus respectivos gobiernos.
El trío viaja a Roma, donde los agentes Gaby y Kuryakin se hacen pasar a regañadientes como una pareja comprometida, y el agente Solo finge ser un comerciante de antigüedades.
Durante un enfrentamiento armado con los guardias, Kuryakin escapa en una lancha rápida, Solo escapa al saltar por la borda y bucear, llega al costado del dique seco y se sube a un camión, donde se queda viendo pacientemente la lancha que trata de escapar en el dique del astillero naval, pero se sorprende a sí mismo al regresar para salvar a Kuryakin, que es interceptado por los guardias en un bote más grande que le disparan, la lancha explota y él queda sumergido, Solo conduce el camión al borde del dique seco y lo deja caer sobre la lancha de los guardias, el camión y el bote artillado se hunden, y bajo el agua rescata a Kuryakin.
Kuryakin escapa, pero Victoria captura a Solo y lo droga, llevándolo a un almacén cercano donde el agente italiano Rudi, quien se revela como un infame criminal de guerra nazi, lo tortura en una silla eléctrica.
Ahora él colabora en todo con la familia Vinciguera, para que liberen a su hija, entonces Victoria mata a Teller tan pronto como termina el arma secreta y le entrega los respaldos de los planos.
Mientras tanto, Solo y Kuryakin son abordados por el agente Alexander Waverly, un estratega de alto rango del MI6, de Inglaterra, quien les revela que Gaby en realidad es un agente encubierto bajo su orden, trabaja para la Inteligencia Naval Británica como agente secreto y tiene un diferente rastreador, para llevarlos hasta la isla fortaleza.
Furioso por la orden, pero amenazado con ser enviado a Siberia si falla, un Kuryakin desolado se encuentra con Solo en su habitación de hotel en Italia.
Deciden no matarse entre ellos y, en cambio, comparten una copa en la terraza del hotel y queman el contenido del disco de computadora, para no dar a ninguno de sus países la ventaja en la carrera armamentista.
[16][17] Después de la marcha de Clooney, se consideró a Joseph Gordon-Levitt, Ryan Gosling, Channing Tatum, Alexander Skarsgård, Ewan McGregor, Robert Pattinson, Matt Damon, Christian Bale, Michael Fassbender, Bradley Cooper, Leonardo DiCaprio, Joel Kinnaman, Russell Crowe, Chris Pine, Ryan Reynolds y Jon Hamm para el papel protagonista.
[23] En octubre de 2013, la filmación estaba en marcha en el Old Royal Naval College en Greenwich, Royal Victoria Docks, Londres y el Goodwood Motor Racing Circuit en West Sussex, Reino Unido.
Se colocaron dos locaciones para los sitios de Berlín a ambos lados del muro: la pelea en el baño público entre Solo y Kuryakin fue filmada en Regent's Park en Londres, mientras que la persecución de autos durante el primer acto de la película fue filmada en Chatham Astillero histórico, Kent Reino Unido.