Seine Männer verehren Kaptain Mikhail Polenin, der als erfahrenster U-Boot-Kommandant der sowjetischen Marine gilt. Doch die militärische Führung enthebt ihn seines Kommandos, weil sie der Auffassung ist, er bringe ihr neues Flagschiff nicht schnell genug auf seine Jungfernfahrt. An seiner Stelle wird Kapitän Alexei Vostrikov eingesetzt, ein strikt „auftragsorientierter“ Offizier mit eisernem Willen, der K-19 exakt zum vorgesehenen Zeitpunkt um 16 Uhr am 18. Juni 1961 in See stechen lässt.
Aufgrund seines praktischen Wissens über das Boot bleibt Polenin als Vostrikovs erster Offizier an Bord. Die zwei geraten wiederholt heftig aneinander, obwohl sie eines gemeinsam haben: beide sind der Marine und ihrem Land treu ergeben.
Einmal auf See testet Vostrikov K-19 und seine Crew bis zum Äussersten. Er lässt Drill auf Drill folgen, er treibt das Boot und die Männer an ihre Grenzen, indem er bis auf die größte Tauchtiefe geht, dann darunter bis kurz vor die 1.000 Fussgrenze, an der das Boot zerdrückt werden würde.
Die mental, emotional und körperlich zehrenden Tests enden mit dem erfolgreichen Start einer Test-Rakete. Da kommt der verhängnisvolle Befehl aus Moskau: K-19 soll westwärts laufen, durch NATO Kontrollen hindurchschlüpfen und seine Patrouillenposition einnehmen, nur 400 Kilometer vor der amerikanischen Küste auf der Höhe zwischen Washington und New York.
Ohne zu bemerken, dass das Boot Schaden genommen hat, führt Vostrikov den Befehl aus – und führt K-19 und seine Crew auf ihre vielleicht letzte Mission. Denn am 4. Juli 1961, die Patrouillenfahrt hat gerade erst begonnen, passiert eine Katastrophe: die Kühlung des Atomreaktors hat ein Leck und der Reaktorkern erhitzt sich langsam und unaufhörlich. Würde die versiegelte und hochgradig radioaktive Reaktorabteilung geöffnet, würden sich gewaltige Massen Radioaktivität im Schiff verteilen. Doch es muss getan werden, denn eine Eruption des Reaktors könnte die Gefechtsköpfe der Raketen explodieren lassen. Eine nukleare Explosion so nah an einer NATO-Basis könnte den Dritten Weltkrieg auslösen.
