L’operazione Willoughby, che coinvolge diverse agenzie di intelligence fra cui NCIS e MI6, per catturare Kai Chen, un pericoloso terrorista cinese, ha inizio. Reeves finge di essere uno dei suoi piloti ma la sua copertura salta e il jet che avrebbe dovuto pilotare esplode. L’agente tuttavia si salva e il team inizia ad indagare. In seguito, si scopre che una talpa all’interno della task force formata appositamente per la cattura di Chen, teneva informato il criminale da mesi. Kazeem, fidanzato di Ellie e agente del NSA che collabora nelle indagini, viene gravemente ferito da Edward Jintao, l’uomo più fidato del terrorista cinese, così da impedirgli di tradurre una conversazione in cui probabilmente sono contenuti dettagli riguardanti il prossimo attentato che, secondo la confessione della talpa, sarà a New York. Torres e Quinn catturano Jintao che però si suicida, mentre il suo capo resta a piede libero. Kazeem viene ricoverato d’urgenza ma per lui non c’è più nulla da fare, dal momento che il suo cervello è rimasto troppo tempo senza ossigeno. Ellie lo assiste nei suoi ultimi attimi di vita, e, mentre lo tiene per mano, su consiglio di Reeves, pensa a tutte le cose buone che li hanno uniti.